Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT hat das sogenannte SMaC-Verfahren (Simultaneous Machining and Coating) entwickelt, ein neues Beschichtungsverfahren, das Laserauftragschweißen und mechanische Bearbeitung kombiniert. Damit lassen sich hochfeste Beschichtungswerkstoffe schnell und effizient auftragen und simultan zerspanend bearbeiten. Es ermöglicht den Angaben zufolge die Herstellung von Bauteilen mit verlängerter Lebensdauer und erweiterten Einsatzzyklen.
„Wir haben die mechanische Bearbeitung mit dem Extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (EHLA) in einem Bearbeitungsschritt kombiniert“, erklärt Viktor Glushych, Leiter der Gruppe Beschichtung LMD und Wärmebehandlung am Fraunhofer ILT. „Damit verkürzen wir die Bearbeitungszeiten erheblich.“ Je nach Anforderungsprofil und Beschichtungswerkstoff ließe sich die Prozessdauer um mehr als 60 % reduzieren.
Neues Verfahren nutzt entstehende Prozesswärme
SMaC löst demnach ein grundlegendes Problem von hochfesten Schutzschichten gegen Korrosion und Verschleiß: Je härter die Beschichtung, desto besser der Schutz – aber desto aufwändiger auch die Bearbeitung. Der Clou bei SMaC ist, dass es die im EHLA-Prozess entstehende Prozesswärme nutzt.
Unmittelbar nach dem Laserauftragschweißen besitzen die Beschichtungswerkstoffe bei mehreren Hundert Grad Celsius Restwärme nur einen Bruchteil ihrer Härte. In der mechanischen Bearbeitung, die zeitparallel stattfindet, verschleißt das Werkzeug somit erheblich weniger und arbeitet gleichzeitig schneller.
Höhere Oberflächenqualitäten und längere Werkzeugstandzeiten
„Mit SMaC können wir korrosions- und verschleißbeständige Beschichtungen wirtschaftlich aufbringen. Wir erzielen signifikant höhere Oberflächenqualitäten und potenziell höhere Werkzeugstandzeiten als mit der üblichen, sequenziellen Bearbeitung“, verdeutlicht Glushych. Im EHLA-Prozess könnten hochfeste Beschichtungswerkstoffe verarbeitet werden – sogar Hochentropie-Legierungen oder metallische Gläser, die mit konventionellen Methoden kaum mechanisch bearbeitet werden können.
SMaC erlaube eine hochproduktive, wirtschaftliche und vielseitige Beschichtung von Bauteilen. Das neue Verfahren sei aber auch unter ökologischen Gesichtspunkten interessant, weil Komponenten deutlich länger unbeschädigt im Einsatz bleiben könnten und seltener ausgetauscht werden müssten.
„SMaC verlängert entscheidend die Lebensdauer, Einsatzzyklen und Wartungsintervalle von Bauteilen, Baugruppen und ganzen Maschinen“, erläutert Glushych. „Das erhöht die Rohstoff- und Energieeffizienz der Bauteile und minimiert Maschinenstillstände.“
Mehr Unabhängigkeit und Planungssicherheit
Weniger Ersatzteile bedeuten weniger Rohstoffeinsatz, weniger Wartung, weniger Transport und Lagerhaltung. Für viele Unternehmen bedeutet dies mehr Unabhängigkeit und mehr Planungssicherheit – das heißt eine höhere Resilienz der Produktion.
„SMaC ist effizient, energie-, zeit- und ressourcenschonend“, beschreibt Glushych die Vorteile. Das Verfahren eigne sich prinzipiell für alle Anwendungen, bei denen bisher Bauteile nacheinander beschichtet und zerspant wurden, beispielsweise zur Herstellung von Beschichtungen für Korrosions- und Verschleißschutz, Beschichtungen mit hart und weichmagnetischen Eigenschaften oder zur Herstellung von sehr widerstandsfähigen Gleitlagerbeschichtungen und weiteren funktionalen Oberflächen.
Zahlreiche und vielfältige Anwendungsbereiche
Anwendungen finden sich unter anderem in der Energiewirtschaft und der gesamten Mobilitätsbranche – überall, wo hoch belastete, rotationssymmetrische Bauteile zum Einsatz kommen. In der chemischen Industrie beispielsweise müssen Oberflächen aggressiveren Medien standhalten. Im Bergbau oder bei Werkzeugen soll SMaC erfolgreich gegen Verschleiß schützen.
Glushych denkt einen Schritt weiter: „Mit dem Simultanen Beschichten und Zerspanen könnten wir beispielsweise bestimmte feinstaubreduzierende Bremsscheibenbeschichtungen schneller und produktiver fertigen“, überlegt er. „Eine andere Anwendung, die wir testen wollen, ist die Herstellung von Multimaterialschichten in der Batterietechnik.“ Das neue Kombinationsverfahren werde in der nächsten Zeit viele neue Anwendungsfelder für die laserbasierte Beschichtungstechnologie eröffnen, ist sich der Wissenschaftler sicher. (jk)
