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Faserlaser flickt Mikrorisse

Lasertechnik: Reparatur aufwendiger Werkzeuge
Faserlaser flickt Mikrorisse

Faserlaser flickt Mikrorisse
Mit dem Laser-Schweißroboter lassen sich aufwendige Werkzeuge reparieren, zum Beispiel Einsätze für den Spritzguss Bild: Fraunhofer IWS
Mit einem neuen Lasersystem, ausgestattet mit einem Faserlaser als Strahlquelle, lassen sich Risse oder abgebrochene Kanten an Bauteilen beheben.

Auf den ersten Blick haben Flugzeugturbinen, Autoarmaturen und Kaffeemaschinen nichts miteinander zu tun. Doch Dr. Steffen Nowotny, Maschinenbauer am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden, nennt sie in einem Atemzug: „Der neue Laser-Schweißroboter kann teure Bauteile wie Turbinen oder aufwendige Werkzeuge, wie beispielsweise Einsätze für den Spritzguss, reparieren.“

Das Robotersystem ist für das Auftragschweißen mit hoher Präzision konzipiert. Ein flexibler Roboter-Arm lenkt Laserlicht exakt auf die zu reparierende Stelle des Bauteils. Dies kann ein Riss oder eine abgesprungene Ecke sein. Die Energie des Laserstrahls lässt die Oberfläche schmelzen. Punkt für Punkt rastert der Lichtstrahl das zu bearbeitende Werkstück ab und erzeugt mikroskopisch kleine Pfützen, kaum größer als 0,1 mm. Gleichzeitig bläst ein Gasstrom Pulver auf die Oberfläche, das sich mit der Schmelze verbindet. Da die Körnchen sehr klein sind – der Durchmesser liegt im Bereich von wenigen µm – schmelzen sie vollständig im Laserstrahl auf und verbinden sich in kurzer Zeit fest mit dem Grundmaterial.
„Das Laser-Verfahren ist flexibel“, erklärt Nowotny. „Je nach Bauteil und Anwendung können wir Metalle, Hartmetalle und auch Keramik einsetzen. So lassen sich Risse in Werkzeugen schließen und abgebrochene Kanten ergänzen.“ Einige mm Material lassen sich mit der Technik profilgetreu rekonstruieren. Das genügt, um zum Beispiel die filigranen Schaufeln oder Scheiben von Flugzeugturbinen zu reparieren, die durch den Aufprall eines Vogels beschädigt wurden. Das Laserstrahl-Auftragschweißen wird bereits seit einigen Jahren eingesetzt. Mit der neuen Anlage lassen sich die Oberflächen jedoch genauer als bisher bearbeiten. Die Fraunhofer-Forscher verwenden dabei den Faserlaser als neue Strahlquelle. Mit dieser Technik lässt sich Material mit bisher nicht erreichter Genauigkeit auftragen, ohne das Bauteil zu strapazieren. Die Metallstrukturen besitzen eine Auflösung bis zu 100 µm, was etwa der Dicke eines menschlichen Haars entspricht. ub
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