XXL-Laser-Cusing für Daimler

  • 28. November 2012

Fraunhofer-ILT und Concept Laser entwickeln für die Automobilindustrie eine Laserschmelzanlage im Superformat.

Laserschmelzen gewinnt zunehmend an Bedeutung in der Automobilindustrie. Zeit- und Kostenreduktionen in der Produktion machen diese generative Technik zunehmend attraktiv für die Autobauer. Im Vordergrund stehen Aluminium-Legierungen, die den automobilen Leichtbau beflügeln. Für Anwendungen aus der Fahrzeug- und Motorentechnik, aber auch aus anderen Bereichen, steigt die Daimler AG nun konsequent in das ressourceneffiziente, generative Laserschmelzen von Metallen ein. Um allen zukünftigen Aufgaben gewachsen zu sein, ließen die Schwaben durch das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT und den Laser-Cusing-Spezialisten Concept Laser eine neue Super-Laserschmelzanlage X line 1000R entwickeln, deren Bauraumgröße alles bisherige übertrifft. Das Fraunhofer ILT aus Aachen und Concept Laser aus dem oberfränkischen Lichtenfels präsentieren sie auf der Messe EuroMold erstmals der Öffentlichkeit, eine erste Anlage ist bereits bei der Daimler AG in Betrieb.

Laser-Cusing der Superlative –– die X line 1000R verfügt über einen enormen Bauraum

Abb.: Laser-Cusing der Superlative –– die X line 1000R verfügt über einen enormen Bauraum. (Bild: Concept Laser)

Die Großanlage X line 1000R verfügt über einen Bauraum der Superlative, der nach Aussage von Frank Herzog, Geschäftsführer bei Concept Laser, „beeindruckende Maße“ aufweist. Die X line 1000R wurde zur werkzeuglosen Herstellung von großen Funktionsbauteilen und technischen Prototypen mit serienidentischen Materialeigenschaften entwickelt. Das Herzstück der X line 1000R besteht aus einem Hochleistungslaser im Kilowatt-Bereich, der eine Produktivitätssteigerung bis zum Faktor 10 gegenüber marktüblichen Laserschmelzanlagen ermöglicht.

Die Anlage wurde speziell auf die besonderen Anforderungen der Daimler AG für Automobilanwendungen abgestimmt. Ziel der Daimler AG war es, kostenintensive Sand- und Druckgussanwendungen in frühen Entwicklungsphasen zu ersetzen. Darüber hinaus bietet das Laser-Cusing-Verfahren zukünftig die Möglichkeit der Erzeugung von Leichtbaustrukturen mit hoher Steifigkeit, die gewichtsoptimierte Geometrien, nahezu ohne konstruktive Einschränkungen, zulassen, aber aufgrund derzeitig verfügbarer Fertigungstechniken heute nicht so herstellbar sind.

Frank Herzog, Geschäftsführer bei Concept Laser

Abb.: „Durch das Kooperationsprojekt mit Daimler und Fraunhofer ILT erhoffen wir uns, dass die generative Anlagentechnik auf breiter Basis die Anforderungen aus Kundensicht erfüllt und diese profitabel eingesetzt werden kann“, kommentiert Frank Herzog. (Bild: Concept Laser)

Im Rahmen des BMBF-Forschungs- und Entwicklungsprojekts „Alu Generativ“ fanden die Teammitglieder zusammen. Das ILT untersuchte zusammen mit verschiedenen Industriepartnern, darunter auch der Daimler AG, die Laserschmelztechnologie für Produktionsanwendungen von Aluminiumbauteilen. Der industrielle Einsatz zur Herstellung von Produktionsbauteilen war bis zu diesem Zeitpunkt, überwiegend werkstoff- und kostenbedingt, auf kleinere Bauteile oder die Dental- und Medizintechnik beschränkt. Im Rahmen des Projekts wurde das Anwendungspotential zur Herstellung von Aluminiumbauteilen für andere Industriebereiche untersucht. Zu den bekannten Charakteristika des Produktionsverfahrens zählen unter anderem Ressourcenschonung, Unabhängigkeit vom Formenbau, Geometriefreiheit, sowie Aufbau- und Entwicklungsgeschwindigkeit. Die Untersuchungen wurden bei Daimler als eine grundsätzlich neue Sicht der Fertigungsoptionen gewertet, um innovative und umweltfreundliche Produkte zu schaffen. Aus Sicht der Entwicklungspartner waren dies auch Voraussetzungen, dem Kostendruck in der Produktion zu begegnen und Deutschland als High-Tech- Produktionsstandort nachhaltig zu sichern.

Forderungen der Daimler AG als Industriepartner waren die signifikante Erhöhung der Aufbauraten, Verbesserung der Oberflächengüte, Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit der Anlage durch entsprechende Prozessüberwachung, sowie die Qualifizierung von weiteren Aluminium-Serienlegierungen für diverse Anwendungen. Das Fraunhofer ILT brachte sein Know-how zur Auslegung der kW-Laserstrahlquelle und des passenden Optiksystems ein, um die gewünschten Aufbauraten unterschiedlicher Aluminiumlegierungen sicherzustellen. Zudem wurden die Prozessführung für die Verarbeitung der unterschiedlichen Legierungen begleitend zum Anlagenaufbau erarbeitet und die mechanischen Eigenschaften der Bauteile geprüft.

Concept Laser in Lichtenfels erarbeitete das Pflichtenheft gemeinsam mit den Partnern und startete anschließend die Konstruktionsphase für die neue X line 1000R. Die zwischenzeitlich durch das ILT gewonnenen Erkenntnisse, etwa zur Temperierung des Bauraums, um einen Verzug in den übergroßen Bauteilen zu vermeiden, sowie zur Auslegung des Pulverauftragssystems, wurden konsequent in der Auslegung der X line 1000R umgesetzt. Für die Teileentwicklung der Daimler AG ergeben sich aus der hohen und flexiblen Verfügbarkeit einer solchen Anlage völlig neue Möglichkeiten, den Produktentstehungsprozess weiter zu optimieren.

Die eingetragene Marke Laser-Cusing, zusammengesetzt aus dem C von Concept Laser und dem englischen fusing (vollständig aufschmelzen) beschreibt die Technologie: Das Schmelzverfahren generiert Schicht für Schicht Bauteile unter Verwendung von 3D-CAD-Daten. Die Besonderheit der Laser-Cusing-Anlagen ist die stochastische Belichtungsstrategie nach dem „Island-Prinzip“. Die Segmente jeder einzelnen Schicht – die „Islands“ – werden dabei sukzessive abgearbeitet. Das patentierte Verfahren sorgt für eine signifikante Reduktion von Spannungen im Bauteil, was verzugarmes Generieren von massiven und großvolumigen Bauteilen ermöglicht.

Concept Laser / OD

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