NLFR

Platform voor de metaal- & staalverwerkende industrie
Efficiënte, snelle en duurzame coatings voor industriële componenten
De bij Fraunhofer IWS ontwikkelde meet- en regelhardware is een belangrijk onderdeel en dient om de kwaliteit van de complexe processen te controleren.

Efficiënte, snelle en duurzame coatings voor industriële componenten

Krachtige diodelasers met vermogens van tien of meer kW openen nieuwe toepassingsscenario’s voor lasercladden. Er kunnen bijzonder duurzame en grondstofzuinige coatings worden geproduceerd en toegepast. Samen met industriële partners heeft het Fraunhofer Instituut voor Materiaal- en Straaltechnologie IWS specifieke processen ontwikkeld onder het label ‘HICLAD®’. 

Hoge voedingssnelheid, optimale snelheid en grote spot: Fraunhofer IWS ontwikkelt al enkele jaren de HICLAD® procesfamilie voor lasercladden om aangepaste oplossingen mogelijk te maken voor hoogproductieve coatingprocessen met hoogvermogen diodelasers. Hiertoe stemmen de onderzoekers onder andere de parameters van de energiedistributie, snelheid en voedingssnelheid zodanig af, dat brede procesvensters mogelijk worden en fluctuaties in het productieproces aanvaardbaar worden. “We verleggen opnieuw de grenzen van de toepassing van lasers met hoog vermogen”, benadrukt Dr. Maria Barbosa, die aan het hoofd staat van de afdeling Thermische Coating bij Fraunhofer IWS. 

Voor het eerst wordt gelijktijdige verwerking van poeder en draad in verschillende combinaties mogelijk dankzij COAXquattro. De materialen ontmoeten elkaar in de laserfocus boven het componentoppervlak, waar de laser het coatingmetaal smelt. Direct op het oppervlak wordt de coating in-situ gecreëerd uit het poeder en de individueel toegevoerde draden.

Minimaal materiaalgebruik en korte cyclustijden

HICLAD® maakt niet alleen duurzame functionele coatings mogelijk die uiteindelijk de duurzaamheid, slijtvastheid en levensduur verbeteren van de componenten die ermee worden verwerkt. De technologie brengt ook hulpbronnen zoals materiaal, tijd en kosten in de best mogelijke balans. “We bekijken het functionaliseren van de oppervlakken van componenten holistisch en met het doel om nog steeds veerkrachtige en industriële resultaten te behalen met minimaal materiaalgebruik en korte cyclustijden.” De onderzoekers zeggen dat een belangrijk onderdeel meet- en regelhardware is, waarvan een deel intern is ontwikkeld, waarmee ze het complexe proces kunnen bewaken en regelen en de kwaliteit ervan controleren. “Op deze manier dragen we aanzienlijk bij aan een efficiënter gebruik van hulpbronnen in de industrie”, voegt Barbosa toe. HICLAD® wordt bijvoorbeeld gebruikt voor het met een laser oplassen van remschijven, hydraulische cilinders en glijlagers. In de toekomst kunnen ook grote onderdelen voor de olie-, gas- en papierindustrie en vele andere sectoren efficiënt worden gecoat.

Een kernelement van de HICLAD® familie is de innovatieve COAXquattro lasercladdenkop. Een laserstraal loopt door het midden van de nozzle, waarrond tot acht afzonderlijk regelbare kanalen draden en poeders aanvoeren. Deze flexibiliteit bespaart ook op materiaalkosten, omdat draden vaak maar half zo duur zijn als poeders.

Aanbrengsnelheid verdrievoudigd met 20 kW laser

Lasercladden stond tot voor kort voor een relatief lage depositiesnelheid tegen hoge investeringskosten. Dit is veranderd met de toegenomen beschikbaarheid van industriële diodelasers met tien, in sommige gevallen tot twintig of meer kW vermogen, die veel hogere depositiesnelheden mogelijk maken. Het gebruik van deze krachtige lasers vereist echter speciale proceskennis. Fraunhofer IWS is al vele jaren een pionier. Op basis van deze ervaring hebben het instituut in Dresden en het bedrijf Laserline nu depositiesnelheden bereikt en overtroffen met diodelasers van 20 kW die voorheen alleen haalbaar waren met Plasma Transferred-Arc Processes (PTA). 

De partners hebben ook aanzienlijke vooruitgang geboekt in vergelijking met bestaande lasergebaseerde oplossingen. Afhankelijk van het specifieke materiaal en de gekozen spuitmond bereikt HICLAD® afzettingssnelheden van 18 kg/uur bij industrieel gebruik. Voor een Inconel 625 nikkellegering kan de productiviteit bijvoorbeeld ruwweg verdrievoudigd worden, vergeleken met een oplossing die gebruikmaakt van een conventionele 9 kW-laser. Vergeleken met concurrerende oplossingen met lasers met een hoog vermogen, wordt het Fraunhofer IWS proces als robuuster beschouwd.

COAXquattro kan poeder en draad tegelijk verwerken

In tegenstelling tot lasercladden op basis van poeder, waren draadgebaseerde processen voorheen beperkt tot maximaal 6 kW. Met COAXquattro kan nu een laservermogen tot 20 kW worden gebruikt voor de combinatie van draad en poeder. Dit kan een beslissende rol spelen bij de ontwikkeling van meerdere materialen, bijvoorbeeld nieuwe legeringen. Verschillende materialen kunnen naar wens door elk van de vier draad- en poederkanalen gevoerd worden. Bovendien beperken de relatief korte verwerkingstijden de uitgaven voor personeel, beschermgassen en andere bedrijfskosten. In het algemeen is het systeem ontworpen voor bijzonder efficiënt materiaalgebruik en zeer robuuste en flexibele procesbesturing met een hoge kwaliteit.

Volgende stap leidt naar 45 kW klasse

Cladding en additive manufacturing expert Dr. Sörn Ocylok van Laserline: “Op dit moment testen we al de verdere schaalbaarheid van de processen door gebruik te maken van een diodelaser met hogere vermogensklasse met maximaal 45 kW uitgangsvermogen. Dit gebeurt nu nog in testruns, met het oog op mogelijke industriële toepassing in de nabije toekomst.”    

"*" geeft vereiste velden aan

Stuur ons een bericht

Dit veld is bedoeld voor validatiedoeleinden en moet niet worden gewijzigd.