LaserCusing im XXL-Format

Laserschmelzen gewinnt zunehmend an Bedeutung in der Automobilindustrie, denn Zeit- und Kostenreduktion in der Produktion machen diese generative Technik attraktiv. 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 LaserCusing-Spezialisten Concept Laser eine neue Super-Laserschmelzanlage (die X line 1000R) entwickeln, deren Bauraumgröße nach Aussage von Frank Herzog, Geschäftsführer von Concept Laser, „beeindruckende Maße“ aufweist. Alle Motorenteile, inklusive des Motorblocks, können darin gefertigt werden. Die genaue Größe des Bauraumes sowie weitere Daten der Anlage werden die Kooperationspartner erst auf der Euromold bekannt geben.

Die X line 1000R wurde zur werkzeuglosen Herstellung von großen Funktionsbauteilen und technischen Prototypen mit serienidentischen Materialeigenschaften entwickelt. Das Herzstück der Anlage besteht aus einem Hochleistungslaser im Kilowatt-Bereich, der eine Produktivitätssteigerung bis zum Faktor 10 gegenüber marktüblichen Laserschmelzanlagen ermöglicht. Daimler möchte mit der Anlage kostenintensive Sand- und Druckgussanwendungen in frühen Entwicklungsphasen ersetzen. Darüber hinaus bietet das LaserCusing-Verfahren künftig die Möglichkeit, Leichtbaustrukturen mit hoher Steifigkeit und gleichzeitig gewichtsoptimierten Geometrien zu erzeugen – nahezu ohne konstruktive Einschränkungen. Mit den herkömmlichen Fertigungstechniken würden sich solche Bauteile nicht herstellen lassen. Eine erste Anlage ist bereits bei dem Autobauer in Betrieb.

Die Kooperation zwischen Daimler, Fraunhofer-ILT und Concept Laser begann im Rahmen des ‚Forschungs- und Entwicklungsprojektes (BMBF) Alu Generativ‘. 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 Projektes wurde das Anwendungspotenzial 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 bezüglich der Fertigungsoptionen gewertet, um innovative und umweltfreundliche Produkte zu schaffen. Aus Sicht der Entwicklungspartner sind dies übrigens auch Voraussetzungen, dem Kostendruck in der Produktion zu begegnen – um Deutschland als High-Tech-Produktionsstandort nachhaltig zu sichern.

Temperierung verhindert Verzug in übergroßen Bauteilen

Daimler forderte als Industriepartner eine 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, seit über 15 Jahren eine der führenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet des Laserschmelzens, lieferte sein Know-how zur Auslegung der leistungsstarken Laserstrahlquelle und des passenden Optiksystems, 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.

Parallel dazu wurde bei Concept Laser in Lichtenfels gemeinsam mit den Partnern das Pflichtenheft für die neue Anlage erarbeitet und anschließend die Konstruktionsphase für die neue X line 1000R gestartet. Die zwischenzeitlich durch das Fraunhofer-ILT gewonnenen Erkenntnisse – etwa zur Temperierung des Bauraumes, um einen Verzug in den übergroßen Bauteilen zu vermeiden – sowie zur Auslegung des Pulverauftragssystems wurden darin konsequent umgesetzt. „Das war echtes Neuland für uns“, kommentiert Concept-Laser-Chef Herzog. „Durch das Kooperationsprojekt mit Daimler und dem Fraunhofer-ILT erhoffen wir uns, dass die generative Anlagentechnik auf breiter Basis die Anforderungen aus Kundensicht erfüllt und diese profitabel eingesetzt werden kann.“ Für die Teileentwicklung bei Daimler ergeben sich aus der hohen und flexiblen Verfügbarkeit einer solchen Anlage völlig neue Möglichkeiten, den Produktentstehungsprozess weiter zu optimieren.

Concept Laser GmbH, Lichtenfels Tel. 09571/949-238, http://www.concept-laser.de EuroMold: Halle 11, Stand D88