Detailbild des additiven Verfahrens EW2C zur Oberflächenbearbeitung von Wellen.

Eine bewegliche Einhausung ermöglicht einen effektiven Einsatz von Schutzgas, wodurch eine hohe Prozessqualität erzielt wird. Bild: Fraunhofer IPT

| von Götz Fuchslocher

Das EW2C-Verfahren bietet eine ressourcenschonende und kostengünstige Alternative zu gängigen abtragenden Verfahren der Wellenbearbeitung wie dem Drehen, teilt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT mit. Express Wire Coil Cladding ist ein drahtbasiertes additives Fertigungsverfahren, bei dem ein Bauteil oder eine Struktur mit einem Laser durch schichtweises Verbinden metallischer Werkstoffe aufgebaut wird. Im Gegensatz zum klassischen Laserauftragschweißen wird der Werkstoff nicht kontinuierlich als Draht zugeführt. Stattdessen wird der Draht in Form von Spiralen an die gewünschten Stellen der Welle geschoben und dort mit einem Hochleistungslaser aufgeschweißt. Da die Drahtspiralen unter Spannung auf der Welle platziert sind, können sie während des Laserprozesses nicht verrutschen.

Bild der drei Schritte des additiven Verfahrens EW2C des Fraunhofer IPT.
Die drei Schritte des EW2C-Verfahrens: Vorplatzieren, Aufschweißen und Nachbearbeiten (von rechts nach links). Bild: Fraunhofer IPT

Den Fraunhofer-Wissenschaftlern zufolge verbessert die Spannung der Drahtspiralen die Prozessstabilität im Vergleich zum herkömmlichen drahtbasierten Laserauftragschweißen um den Faktor Zehn, da ungewollte Bewegungen des Drahts während des Schweißvorgangs verhindert werden. Zudem konnten die Wissenschaftler dem IPT zufolge beweisen, dass sich das EW2C-Verfahren sehr gut für den Auftrag große Schichtstärken eigne: So konnten sie in einer einzelnen Schicht, je nach Drahtdicke, zwischen 0,5 und 2 Millimeter Material aufbringen. Dabei hätten sie festgestellt, dass ihr Verfahren mit den Taktzeiten beim Drehen mithalten könne: So dauerte in den Versuchsreihendas Aufschweißen einer 25 Millimeter hohen Spirale aus Inconel 718 mit 1,2 Millimeter Drahtdurchmesser auf eine Stahlwelle mit einem 35 Millimeter-Außendurchmesser nur knapp 60 Sekunden. Durch das Wiederholen der Schritte ließen sich rasch mehrere Millimeter Material auftragen, heißt es weiter. Selbst unterschiedliche Materialkombinationen seien dadurch möglich, sodass neben dem Aufbau von Geometrien auch eine technische Funktionalisierung der Bauteiloberfläche gelingen könne.

Um das neue Verfahren, das bereits zum Patent angemeldet ist, noch weiter zu verbessern, arbeitet das Team von Robin Day, Leiter der Abteilung Additive Fertigung und Laserstrukturieren am Fraunhofer IPT, an einer weiteren Optimierung der Prozessstabilität und der Automatisierung des Prozesses. Darüber hinaus sollen zukünftig durch Kombination unterschiedlicher Spirallängen und weiterer Drahtwerkstoffe auch hochkomplexe Volumenelemente auf Wellen aufgebracht werden. Zu diesem Zweck testen die Forscher die Eignung des Verfahrens ebenso für massive Wellen wie auch für dünnwandige Hohlwellen und Rohre. Mit integrierter Sensorik in der vorhandenen Maschinenumgebung am Fraunhofer IPT werden während des Prozesses zusätzlich unterschiedliche Daten erfasst und mit Ansätzen der künstlichen Intelligenz weiterverarbeitet.

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