Laserauftragschweißen mit Draht – Funktionsweise und Vorteile des drahtbasierten Laser Claddings
Das Laserauftragschweißen mit Draht ist eine vielversprechende Technologie zur Herstellung hochwertiger Bauteile, zur Reparatur verschlissener Komponenten sowie zur funktionalen Beschichtung von Metalloberflächen. Es handelt sich um ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein Metall-Draht in ein Laser-Schmelzbad eingebracht wird. International wird das Verfahren auch als Wire-based Laser Cladding oder Laser Metal Deposition mit Draht (LMD-W) bezeichnet.
Beim drahtbasierten Laserauftragschweißen wird ein fokussierter Laserstrahl eingesetzt, um das Zusatzmaterial in Form eines Metalldrahts aufzuschmelzen und gezielt auf der Bauteiloberfläche abzulegen. Dadurch entsteht eine metallurgisch mit dem Grundmaterial verbundene Schicht. Das Verfahren ermöglicht hohe Auftragsraten und eine sehr gute Schichtqualität bei gleichzeitig geringer Verzugsgefahr.
Ein weiterer Vorteil des Laserauftragschweißens mit Draht ist der effiziente Materialeinsatz. Im Vergleich zu pulverbasierten Verfahren lässt sich das Zusatzmaterial nahezu verlustfrei zuführen. Gleichzeitig können komplexe Geometrien aufgebaut sowie funktionale Schichten erzeugt werden, beispielsweise zum Schutz vor Verschleiß oder zur gezielten Anpassung von Bauteileigenschaften.
Richtungsunabhängiges Laserauftragschweißen
Dank des patentierten „Ring Shape Beams“ wird eine richtungsunabhängige Schweißung ermöglicht. Dies bietet dem Kunden einen erheblichen Mehrwert, da es komplexe Fertigungsaufgaben viel wirtschaftlicher umsetzbar macht. Durch diese spezielle Strahlformung wird der Draht dem Bearbeitungskopf koaxial zugeführt und ermöglicht eine völlig homogene Intensitätsverteilung der Laserstrahlung, was einen gleichmäßigen und richtungsunabhängigen Auftrag ermöglicht.
Aber wie funktioniert der sogenannte „Ring Shape Beam“ genau?
Der Laserstrahl wird im vorderen Bereich des Bearbeitungskopfes gestrahlt (1), ringförmig aufgeweitet (2, 3) und anschließend mit Prismen in zwei Halbmonde aufgespalten (4). Der Draht wird nun koaxial zum Laserstrahl zugeführt (5), und das Strahlprofil anschließend wieder geschlossen (6). Die Fokussierung erfolgt zu einem geschlossenen Laserspot, wo der Zusatzwerkstoff Draht aufgeschmolzen wird (7).
Dieses Verfahren wird den Einsatz von drahtbasierendem Laser Metal Deposition (LMD) erhöhen. Es erzeugt hervorragende Aufbauergebnisse mit wiederholbarer Qualität und homogener innerer Struktur des geschmolzenen Drahtes. Der Herstellungsprozess unter Verwendung von Draht erfolgt ohne Kontamination der umgebenden Bereiche oder Oberflächen.
Was sind die wichtigsten Aspekte und Vorteile dieser Strahlführungslösung?
- Omnidirektionale Intensitätsverteilung
- Homogene Vorwärmung
- Geringer Materialverzug durch reduzierten Wärmeeintrags
Die koaxiale Drahtzuführung ermöglicht eine 100%ige Materialausnutzung. In vielen Fällen ist im Vergleich zum Pulver der Drahtwerkstoff in der Beschaffung günstiger. Hohe Auftragsraten sind je nach Werkstoff und Drahtdurchmesser von bis zu 4 kg/h möglich. Das bedeutet ein wirtschaftliches, sauberes und umweltfreundliches 3D-Drucken oder Oberflächenbeschichtungen.