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| Abstract No.: |
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Scheduled at:
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Wednesday, September 13, 2023, Mailand 11:30 AM
Additive Fertigung - Laserstrahlpulverauftragschweißen
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Robotergeführtes Laserstrahlpulverauftragschweißen – Einfluss der Bearbeitungsstrategien auf die Bauteilgeometrie
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| Authors: |
Malte Schmidt* / Jade University of Applied Sciences, Germany
Oliver Kahmen / Jade University of Applied Sciences, Deutschland
Marc Loegel/ SWMS Systemtechnik Ingenieurgesellschaft mbH, Deutschland
Knut Partes/ Jade University of Applied Sciences, Deutschland
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| Abstract: |
Das Laserpulverauftragschweißen (engl. Directed Energy Deposition-DED) wird neben dem Auftragen von Funktionsschichten und dem Reparaturschweißen auch für die additive Fertigung eingesetzt. Die DED-Bearbeitungsköpfe sind meist an Industrierobotersystemen montiert und können somit in bis zu sechs Freiheitsgraden bewegt und orientiert werden. Die Bauweise der Pulverdüse und die Programmierung des Roboters können die Möglichkeiten der Bewegung jedoch einschränken. Daher sind translatorische Bewegungen wie bei herkömmlichen 3D-Druckern heute häufig üblich. Der Bearbeitungskopf wird hierbei i.d.R. senkrecht über die Bauteiloberfläche geführt. Obwohl die Schweißposition in Wannenlage (PA) präferiert wird, kann es notwendig sein den Bearbeitungskopf anzuwinkeln, um durch die Zwangslage Vorteile bei der Bearbeitung zu erhalten. Insbesondere bei Überhangstrukturen ist dies von Vorteil und wird häufig mit Hilfe eines Dreh-Kipp-Positioniertisches in Kombination mit einem Industrieroboter realisiert. Bei unbeweglichen Gütern ist dieser Ansatz jedoch nicht möglich. Um Anwendungen dahingehend zu erweitern, müssen neue Methoden zum Slicen der Bauteile und zur Programmierung der Roboterbewegungen entwickelt werden. Der Hauptaspekt dieser Arbeit ist die Entwicklung, Erprobung und Bewertung eines mehrdimensionalen Slicing- und DED-Fertigungsansatzes. Dieser wird an einem dünnwandigen Bauteil mit definierten Überhangbereichen erprobt und mit dem konventionellen Ansatz verglichen. Dabei werden die Bauteile in parallel zur Grundplatte liegende Ebenen geslict und Bewegungspfade abgeleitet. Der Bearbeitungskopf ist dauerhaft orthogonal zur Grundplatte orientiert. Dagegen werden beim mehrdimensionalen Ansatz die Slicing-Ebenen und die Orientierung des Bearbeitungskopfes der Bauteilform angepasst. Die nach den verschiedenen Ansätzen gefertigten Bauteile wurden metallografisch und mittels hochgenauen 3D-Scans mit ihrer Sollgeometrie verglichen. Es kann gezeigt werden, dass eine erhöhte endkonturnahe Form im Bereich der Überhangstrukturen, sowie eine gleichmäßigere Schichtbreite und -höhe durch den mehrdimensionalen Ansatz erreicht wird. Angelassene Bereiche unterhalb der Überhangstruktur, verursacht durch transmittierende Laserstrahlung, konnten durch eine Orientierung des Bearbeitungskopfes verhindert werden. Für die additive Fertigung und Reparatur komplexer Bauteilgeometrien bietet formabhängiges Slicen und Fertigen auf Grundlage komplexer Bahnplanungen eine Möglichkeit für neue Anwendungen.
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