Intelligente Lösungen in der Lasertechnologie
Mit der LASERTEC 45 Shape und der LASERTEC 65 3D bietet DMG MORI zwei revolutionäre Maschinen an, die bei der Fertigung komplexer Werkstücke heute den Maßstab für die Branche setzen.
DMG MORI hat inzwischen bereits mehr als 500 der von SAUER entwickelten LASERTEC-Maschinen installiert. Der Hersteller stellt sein durch langjährige Erfahrung erworbenes Fachwissen zur Laserbearbeitung - einem Bereich, der zu den fortschrittlichsten Technologien der Branche zählt - gebündelt in seinem LASERTEC Excellence Center in Pfronten bereit. Die LASERTEC 45 Shape und die LASERTEC 65 3D sind das eindrucksvolle Ergebnis seiner intensiven Bemühungen um das Feld der Lasertechnik. Die Entwicklung der beiden Modelle ist ein schlagender Beweis dafür, dass DMG MORI rechtzeitig die Marktforderungen erkannt und perfekt darauf abgestimmte, ausgereifte Lösungen geliefert hat.
Friedemann Lell, Vertriebsleiter für die LASERTEC-Maschinen, weist auf die gewaltigen Synergieeffekte durch das LASERTEC Excellence Center von DMG MORI hin: „Wir profitieren von den Mitarbeitern im Center sowohl bei der Weiterentwicklung wie auch bei der Erstellung von Angeboten.“ Eine große Hilfe, da sich der Absatz von Maschinen für die Laserfertigung gewaltig gesteigert hat. „Unser Angebot umfasst nicht nur den Verkauf von Maschinen, wir bieten dazu auch schlüsselfertige Komplettlösungen, Schulung, Support und vierteljährliche Technikseminare an, wo die aktuellsten Fragen der Laserfertigung behandelt werden.“
Die umfassende Bandbreite von Technologien im LASERTEC-Bereich spricht für sich selbst. Das Portfolie setzt sich aus fünf Technologiesegmenten zusammen: PrecisionTool eignet sich vorzüglich für die Herstellung der Schneiden und Freiwinkeln bei Präzisions-Diamantschneidwerkzeugen. Mit seiner FineCutting-Lösung erschließt DMG MORI den Bereich des hochpräzisen Laserschneidens von Blechen, Rohren und 3D-Werkstücken. Das Segment PowerDrill befasst sich mit dem hochdynamischen 5-Achsen-Laserbohren von Kühlluftkanälen in Turbinenbauteile. Die LASERTEC 45 Shape und die LASERTEC 65 3D im Bereich Shape bzw. Additive Manufacturing gehören zu den neusten Entwicklungen, welche die Laserexperten von DMG MORI augenblicklich vorstellen. Das Segment der generativen Fertigung ist eine Kombination von Auftragsschweißen und 5-Achsen-Fräsen zur additiven Produktion kompletter 3D-Bauteile in Fertigteilqualität. Die „Shape“-Technologie nutzt das 3D-Laserabtragen für kleine integrierte Bauteile oder für die Herstellung exakter Strukturen auf Spritzgusswerkzeugen.
LASERTEC 45 Shape – wirtschaftlich und zuverlässig ohne Werkzeugverschleiß
Die Shape-Bearbeitung ist nicht nur ein extrem zuverlässiger, sondern auch ein sehr produktiver Weg zur Erzeugung feinster Strukturen. Große Bedeutung kann sie auch bei der Produktion von Spritzguss-Formwerkzeugen gewinnen. Friedemann Lell erläutert, warum: „Die Bearbeitung erfolgt direkt am Werkstück, wodurch die eine separate Herstellung von Elektroden komplett entfällt. Dies führt zu einer drastischen Reduzierung der Produktionsdauer, insbesondere bei sehr feinen, detailliert ausgearbeiteten Teilen.“ Weil an den Werkzeugen kein Verschleiß auftritt, wird der Prozess zudem deutlich zuverlässiger und kostengünstiger. Vertriebsleiter Lell: „Dazu gelten alle diese Vorzüge bereits bei der Fertigung eines Einzelstückes, denn es fallen keinerlei Werkzeugkosten an, und die CAD-Daten können direkt importiert werden.“
Eine weitere Anwendung für die Shape-Technik ist die Strukturierung von Werkzeugen zur Spritzgussfertigung, für die z.B. unregelmäßige (etwa Ledertexturen) oder geometrische Formen (etwa Pyramidenstrukturen) erzeugt werden können. Ohne Laser ist die Herstellung geometrischer Strukturen mit großem Zeit- und Arbeitsaufwand verbunden, manchmal ist sie schlicht nicht möglich.
Bei jeder spezifischen Anwendung legen die entsprechenden CAD-Daten die geometrische Textur fest, die auf dem Werkstück hergestellt werden soll. Dadurch haben die Entwickler bei der Festlegung der Oberflächenstrukturen eine gewaltige Bandbreite von Möglichkeiten. Die anschließende Abtragung des Materials per Laser erfolgt abhängig von Lasersystem und Material in horizontalen Schichten mit Stärken zwischen 0,3 und 10 µm. So lassen sich problemlos 3D-Strukturen auf dem Material herstellen. Darüber hinaus können diese Strukturen so oft wie gewünscht reproduziert werden. Friedemann Lell sieht für diesen Prozess eine Vielfalt weiterer Einsatzgebiete: „Mit diesem Verfahren können sogar kleine Werkzeuge direkt hergestellt werden. Es eignet sich auch für Miniaturformen, für Stempelwerkzeuge oder für die Beschriftung und das Gravieren von Münzen und Medaillen.“
Die neue LASERTEC 45 Shape ist nur eines der Beispiele für den großen Fortschritt, der in diesem Bereich der Laserbearbeitung gemacht wurde. Das Nachfolgemodell der LASERTEC 40 Shape beeindruckt insbesondere durch seine größere Vielseitigkeit. Der Arbeitsbereich ist trotz unveränderter Stellfläche um 80 % größer geworden. Auch die Verfahrwege und die Kapazität sind signifikant gewachsen. Außerdem gibt es jetzt eine 5-Achsen-Ausführung, die Werkstücke von bis zu ø 30 cm x 20 cm mit einem Gewicht von bis zu 100 kg bearbeiten kann. Die A-Achse hat einen Schwenkbereich von -100° bis +120°. Ein echtes technisches Highlight ist das Zusammenwirken der Präzisionsoptik - bestehend aus dem Laserkopf mit neuster Scanneroptik-Technologie und CCD-Kamera - mit den hochdynamischen Ablenkspiegeln. Aber der Leistungssprung setzt sich auch bei der Dynamik fort: die Eilgänge sind mit 60 m/min fast dreimal so schnell wie beim Vorläufermodell.
LASERTEC 65 3D – Laserauftragsschweißen und Fräsen in einer Aufspannung
Mit der LASERTEC 65 3D hat SAUER einen ebenso großen Schritt im Bereich der additiven Fertigung gemacht. Das überragende Alleinstellungsmerkmal der LASERTEC 65 3D ist die Verbindung des Laserauftragsschweißens mit dem Fräsen in einer einzigen Aufspannung. Friedemann Lell: „Dadurch ist eine Fertigung von hochkomplexen Werkstücken möglich.“ Die Technik erschließt neue Möglichkeiten der Konstruktion, die vorher undenkbar waren, etwa 3D-Geometrien mit Unterschneidungen oder eine konturnahe Kühlung von Werkzeugen für den Spritzguss. Dabei werden die Kühlkanäle per Laserauftragsschweißen hergestellt. In vielen Fällen lassen sich dadurch bereit vorhandene Systeme für den Spritzguss mit höherem Durchsatz nutzen, weil die für jeden „Schuss“ benötigte Abkühlzeit reduziert werden kann.
Der Prozess des Laserauftragsschweißens und Fräsens in einer einzigen Aufspannung ist so kostengünstig, dass er insbesondere bei der Herstellung von Prototypen oder Kleinserien komplexer, leichter und integrierter Bauteile zu einem unschätzbaren Vorteil wird. Der Vertriebsleiter weiß nur zu gut, wem das zugutekommt: „Wir haben besonders Anwendungen im Werkzeug- und Formenbau, in der Flugzeug- und Automobilindustrie sowie in der Medizintechnik im Blick.“
Die Arbeitsweise der LASERTEC 65 3D ist so einfach wie genial: eine Pulverdüse bringt das Metallpulver - Edelstahl oder andere unterschiedliche Legierungen wie Werkzeugstahl oder Nickellegierungen – in Schichten auf das Grundmaterial auf. Anschließend wird das Pulver per Laser bis zum Aufschmelzen erhitzt. Ergebnis ist eine hochfeste, Lunker- und rissfreie Schweißverbindung mit dem Grundmaterial. Durch Schutzgas wird jegliche Oxidation während dieses Aufbauvorganges verhindert. Nach dem Abkühlen bildet sich eine Metallschicht, die mechanisch bearbeitet werden kann. Der Prozess ermöglicht auch den Aufbau von Schichten aus unterschiedlichen Metallen, etwa solchen mit Kupferkern für die Wärmeabführung oder die Herstellung besonders harter, verschleißfester Oberflächen.
Durch die Verbindung des Laserauftragsschweißens mit dem Fräsen in einer einzigen Maschine kann der Prozess in ein- und derselben Aufspannung durchgeführt werden. Friedeman Lell ergänzt: „Da beide Fertigungsschritte auch abwechselnd durchgeführt werden können, lassen sich 3D-Formen ohne besondere Stützgeometrie aufbauen.“ Lell vergleicht mit dem herkömmlichen Pulverbett-Verfahren: „Das Laserauftragsschweißen ist zehnmal so schnell! Zurzeit können wir Wandstärken von 1,5 - 3,0 mm herstellen. Und für den abschließenden Fräsprozess müssen wir das Werkstück nicht an einem anderen Platz neu aufspannen.“ Dies führt nicht allein zu geringeren Kosten, es sorgt auch für eine deutlich höhere Bearbeitungspräzision.
DMG MORI vereinigt in der LASERTEC 65 3D alle Vorteile des monoBLOCK-Konzepts seiner Bearbeitungszentren. Hierbei wurden die Erfahrungen des Herstellers aus der Integration von Laserköpfen bei anderen Maschinen voll ausgenutzt. Ein Beleg dafür ist unter anderem die automatische Shuttlesteuerung für den Wechsel zwischen Laserkopf und der HSK 63-Schnittstelle. Friedemann Lell weist aber mit Nachdruck darauf hin, dass die neue Maschine viel mehr ist als das Ergebnis der Integration einer zusätzlichen flexiblen Technologie: „Für das Laserauftragsschweißen setzen wir einen vollkommen neuen Laserkopf mit integrierter Kühlung, Prozessmonitoring und integrierter Kamera ein, die den Vorgang optisch überwacht und die Laserleistung online anpasst.“
Mit dem Ziel der Ausweitung des Einsatzbereiches durch größere Werkzeuge hat DMG MORI die Reihe im letzten Jahr um die LASERTEC 4300 3D ergänzt. Die Maschine hat nicht nur einen größeren Arbeitsbereich, sie bietet neben dem 6-Achsen-Auftragsschweißen auch die Auswahl zwischen mehreren Auftragsköpfen. So können Miniatur-Auftragsköpfe etwas bei Reparaturen komplexe Kavitäten abfahren oder große Köpfe Metallstreifen in einer Menge von bis zu 10 kg pro Stunde auftragen. „Das Interesse an der Maschine, das von der Weltraumtechnik getragen war, entwickeln jetzt auch Anwender, für die das Erdinnere von Bedeutung ist: Die ersten Anwendungen für die Raumfahrt stützten sich auf die Fähigkeit, mehrere Legierungen in einem Ablauf aufzutragen, normalerweise Kupfer- und Nickelverbindungen für Düsen, Brennkammern und die Zünder von Raketenmotoren. Die nächste Welle der Aufmerksamkeit beruhte auf der Fähigkeit, strukturelle Bauteile für die Luftfahrtbranche mit Titan zu beschichten. Und heute ist es die Möglichkeit, Doppel-Legierungen wie das verschleißfeste Wolframkarbid oder Kobalt-Chrom-Verbindungen für die Bohrtechniken der Energiebranche zu verarbeiten“, informiert Dr. Greg Hyatt, Vizepräsident und CTO von DMG Mori Seiki Advanced Solutions.
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