Laserauftragsschweißen Pulverströme für die Laserschmelze überwachen

Das Fraunhofer IWS hat ein Pulverstrommessgerät für das Laserauftragsschweißen entwickelt. In Kombination mit weiteren Prozessüberwachungssystemen können auch digitale Zwillinge der additiv erzeugten Bauteile generiert werden.

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Beim Powderscreen zählen Photosensoren die Partikel im Pulverstrom. Eine Software berechnet daraus die Fördermengen.
Beim Powderscreen zählen Photosensoren die Partikel im Pulverstrom. Eine Software berechnet daraus die Fördermengen.
(Bild: Christoph Wilsnack/Fraunhofer IWS)

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden entwickelt Mess- und Regeltechnik, mit der sich additive Verfahren viel effektiver als bisher für hochautomatisierte Fertigungsstrecken einsetzen lassen. Jüngste Entwicklung ist ein Pulverstrommessgerät namens Powderscreen für das Laserauftragsschweißen.

Wie das Fraunhofer IWS mitteilt, lässt sich mit dem Messgerät künftig genau messen, welche Metalle in welcher Menge in den Laserfokus strömen. Das System kombiniere moderne Sensorik mit spezieller Software, einem Bildschirm sowie Schnittstellen für die Datenübergabe. Photosensoren zählen hier die Partikel im Pulverstrom, die Software berechnet daraus die Fördermengen. Der Bildschirm zeigt dem Maschinenführer schließlich die aufbereiteten Daten an.

Universell einsetzbares Pulverstrommessgerät

Laut Fraunhofer IWS lässt sich der Powderscreen an jeden Prozesskopf für das Pulver-Laserauftragschweißen montieren. Ein Beispiel sei die Düse Coax-quattro. Sie kann bis zu acht verschiedene Pulver oder Drähte in getrennten Kanälen in den Laserfokus fördern und dort In-situ-Legierungen erzeugen. Wegen ihrer großen Fördermengen von bis zu 30 Gramm je Sekunde eigne sich diese Kombination besonders für Hochleistungsprozesse, in denen große und komplexe Bauteile mit hoher Qualität, Reproduzierbarkeit und Geschwindigkeit erzeugt, beschichtet oder repariert werden müssen.

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Auch weitere Prozessüberwachungssysteme des Fraunhofer IWS lassen sich mit dem Pulverstrommessgerät kombinieren: die Emaqs-Kamera für die Prozessreglung, die Sensorik-Box Coax-jay und das Messsystem LIsec für die Pulverkegel-Geometrie. Über seine Schnittstellen lässt sich Powderscreen gemeinsam mit diesen Geräten in moderne Industrieumgebungen oder Lösungen für das Industrielle Internet der Dinge (IIoT) integrieren. Möglich sei beispielsweise eine analoge Datenausgabe über eine Spannungs-Schnittstelle, über das IIoT-Protokoll „Message Queuing Telemetry Transport (MQTT)“ oder die Datenübergabe per Software.

Digitaler Zwilling zeigt lokale Legierungsveränderungen

Diese kombinierten Prozessüberwachungssysteme sollen nach Angaben des Fraunhofer IWS künftig auch selbstständig digitale Zwillinge von additiv erzeugten Bauteile generieren. Denn die Informationen darüber, an welcher Stelle der Laser welches Pulver in welcher Menge aufgeschmolzen, legiert und geformt hat, ließe sich prinzipiell auch automatisiert zu einem virtuellen Computermodell zusammenführen.

Einsatzpotenziale für das Pulverstrommessgerät sehen die Forschenden unter anderem in der Luft- und Raumfahrt. Dort lässt sich das System beispielsweise einsetzen, um kompliziert geformte Turbinenschaufeln mit additiven Verfahren in gleichbleibend hoher Qualität zu reproduzieren und zu reparieren. Ähnliches gilt für Prägewerkzeuge im Automobilbau oder die Prototypenfertigung quer durch nahezu alle Industriebranchen.

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