Laserbasierte Reparaturprozesskette für die Kreislaufwirtschaft

Oberflächen 09. 05. 2022
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Aufgabenstellung

Hochbeanspruchte Bauteile fallen ­häufig aufgrund lokaler Beschädigungen der Randzone infolge von Verschleiß oder ­Korrosion aus. Dabei sind die beschädigten ­Bereiche im Vergleich zur Gesamtgröße des Bauteils klein. Defekte Komponenten ­werden in der Regel ressourcenintensiv durch Neubau­teile ausgetauscht. Auch beim Recycling metallischer Präzisionsbauteile wird die Umwelt trotz Ressourcen- und Energie­ersparnisse gegenüber der Primärgewinnung durch energieintensive Schmelzverfahren weiterhin stark belastet. Die steigende Nachfrage nach immer knapper werdenden Rohstoffen führt neben der wirtschaftlichen Abhängigkeit von importierenden Ländern auch zu einer erheblichen Umweltbelastung durch den mit der Wertschöpfung verbundenen CO2-Ausstoß. Deutlich nachhaltiger ist in diesem Zusammenhang die Reparatur von Bauteilen, bei welcher die Schadstellen lokal bearbeitet und beschädigte Bauteile wiederinstandgesetzt werden.

Vorgehensweise

Matthias Brucki, Gruppenleiter für die Prozessentwicklung Laserauftragschweißen am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT bietet die Lösung: Die Instandsetzung erfolgt mittels einer automatisierten, hybriden Prozesskette: Zunächst werden die Schadstellen am Bauteil detektiert, durch einen Drehprozess abgetragen und in eine definierte Nutgeometrie überführt, welche anschließend durch Laserauftragschweißen wieder additiv aufgefüllt wird. Durch eine spanende Nach- beziehungsweise Fertigbearbeitung der Reparaturstelle wird das Anforderungsprofil wiederhergestellt und das Bauteil kann erneut in Betrieb genommen werden.

Ergebnis

Die einzelnen Fertigungsschritte werden durch eine Softwarelösung unterstützt, die eine maschinenintegrierte Geometrieerfassung, die automatisierte Bahnplanung und die Programmerstellung vereint. Durch eine maschinenoffene Auslegung könne das System auf unterschiedlichen industriellen Maschinenkonzepten eingesetzt werden, ist sich Matthias Brucki sicher. Durch die Entwicklung und Qualifizierung der hybriden Prozess­kette für die Reparatur von metallischen Präzisionsbauteilen wird die Ressourcen- und Energieeffizienz im Sinne einer Kreislaufwirtschaft deutlich gesteigert und die Umwelt maßgeblich entlastet. Die Reparatur reduziert den Rohstoffbedarf sowie die Abhängigkeit von Zulieferern und steigert damit die Wett­bewerbsfähigkeit von Unternehmen.

Anwendungsfelder

Die hybride Prozesskette kann für die Reparatur von rotationssymmetrischen Bauteilen aus Metall angewendet werden. Neben Rohbauteilen können auch beschichtete Bauteile mit artgleichen oder artfremden Werkstoffen instandgesetzt werden. Besondere Ressourcen- und Energieeinsparungen sind bei der Reparatur von großvolumigen Bauteilen zu erwarten.

Experten des Fraunhofer ILT stehen auf dem Gemeinschaftsstand der WOTech interessierten Besuchern gerne für weitere Erläuterungen und Fragen zur Verfügung.

WOTech-Gemeinschaftsstand Halle 1, Stand H10

Aktiver EHLA-Prozess als Teil der Prozesskette bestehend aus Zerspanung und Auftragschweißen (Bild: Fraunhofer ILT)

Text zum Titelbild: Fertig bearbeitetes Bauteil mit (v.l.n.r.) Defekt, Nutgeometrie, Füllvolumen in Nut sowie nachbearbeitetes Füllvolumen (Bild: Fraunhofer ILT

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