LMD in der Produktion

© Illustration | Lufthansa Technik

Die generative Produktion per Laserauftragschweißen hat ihre ersten soliden Erfolge: bei BMW im Prototypenbau und bei Lufthansa Technik in der Instandsetzung.

Die BMW Group nutzt das Laserauftragschweißen, um Funktionsprototypenteile für Testfahrzeuge herzustellen. Die Entwickler modifizieren zum Beispiel bestehende Serienbauteile: Sie verändern die Form oder dicken das Material auf, wenn die Komponente beispielsweise höhere Belastungen aushalten muss.

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Lufthansa Technik ist einer der führenden herstellerunabhängigen Anbieter für Wartungs-, Reparatur- und Überholungsservices sowie Modifikationen in der zivilen Luftfahrtindustrie. Mit sechs Geschäftsfeldern (Wartung, Überholung, Geräteversorgung, Triebwerke, Fahrwerke und VIP Services) bietet Lufthansa Technik einen Komplett-Service an flugzeugtechnischen Dienstleistungen.

Zur BMW Group gehören die Marken BMW, Mini und Rolls-Royce. Das Unternehmen ist einer der weltweit erfolgreichsten Premium-Hersteller von Automobilen und Motorrädern sowie Anbieter von Premium-Dienstleistungen für individuelle Mobilität.

 

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Maximilian-Meixlsperger-BMW

Maximilian Meixlsperger, BMW

„Früher fertigten wir für jeden Prototyp ein Werkzeug“, sagt Maximilian Meixlsperger, Projektleiter in der Vorentwicklung generativer Fertigungsverfahren. „Das konnte schon mal sechsstellige Eurosummen kosten und bis zu einem halben Jahr dauern — und nach der nächsten Umkonstruktion war das Werkzeug wieder hinfällig. Mit 3-D-LMD haben wir den ersten Prototyp in einer Woche.“

Die BMW Group verfolgt dabei eine differenzierte Strategie: Prototypen kleiner Bauteile entstehen im pulverbettbasierten SLM-Verfahren. Ab einer bestimmten Größe kommt generatives Laserauftragschweißen an bestehenden Komponenten zum Einsatz — sofern diese zur Verfügung stehen. Bei umfangreichen Änderungen oder wenn die Ingenieure die Teile in größeren Stückzahlen benötigen, lohnt es sich wieder, ein neues Werkzeug anzufertigen. Meixlsperger: „Wir wägen von Fall zu Fall ab, was der richtige Weg ist. Und manchmal ist es eben das Laserauftragschweißen.“

Laserauftragschweissen repariert Blades

Auch Lufthansa Technik setzt auf generatives Laserauftragschweißen und wird damit ab 2014 die Hochdruckverdichterschaufeln in Flugzeugtriebwerken, die sogenannten 3-D-Aeroblades, reparieren. Die Blades müssen extreme Temperaturunterschiede aushalten und saugen während des Flugs Asche, Sand und Wasser an. Das verschmutzt und schädigt sie an den Strömungseintritts- und –austrittskanten und an den oberen Schaufelbereichen.

Modell eines Hochdruckverdichters. Stark belastete Bereiche sind rot markiert.

Modell eines Hochdruckverdichters in Flugzeugturbinen. Lufthansa repariert die Blades per LMD. Stark beanspruchte Bereiche sind hier rot gefärbt.

Für einen optimalen Flugbetrieb müssen die Blades immer wieder aufgebaut werden. Dr. Stefan Czerner vom Triebwerk-Engineering bei Lufthansa Technik: „Bei einer Materialstärke von teilweise nur 0,2 Millimetern kommen auch unsere besten Handschweißer an ihre Grenzen. Wir brauchen eine hochpräzise Positionierung, auf den Hundertstelmillimeter genau, und eine exakt dosierte Energieeinbringung. Das geht nur mit dem Laser.“

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Dr. Stefan Czerner, Triebwerk Engineering bei Lufthansa Technik

Luftfahrttechniker schleifen oder fräsen die Schadstellen in eine definierte Geometrie. Dann arbeitet der Laser rundum und baut das fehlende Volumen mit Pulver wieder auf, konturnah und bis zu einer Höhe von zwei Millimetern. Die Laseranlage verwendet dabei dasselbe Material, aus dem auch die Blades bestehen: eine speziell für die Luftfahrt entwickelte Nickelbasislegierung mit Chrom, Aluminium und anderem. Das Ganze dauert wenige Minuten. Zum Schluss wird alles kurz glatt geschliffen und das Blade kommt wieder ins Triebwerk.

„Das Verfahren ist so gut, dass wir die Blades insgesamt öfter instand setzen können — bei längeren Intervallen zwischen den Reparaturen“, so Czerner. Er und seine Kollegen erwarten, dass die Kosten bei den betroffenen Bauteilen pro Triebwerksüberholung deutlich sinken werden.

Forschung an mobilen LMD-Verfahren

Auch Prof. Michael Rethmeier, Leiter der Füge- und Beschichtungstechnik beim Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik in Berlin, verspricht sich noch viele neue Reparaturanwendungen vom generativen Laserschweißen.

Zurzeit arbeitet Rethmeiers Team an einem mobilen Verfahren, um die Anlage zum Werkstück bringen zu können: „Wir denken da etwa an riesige Turbinenschaufeln in Kraftwerken, die wir vor Ort wieder aufbauen können. Oder nehmen Sie Kessel in Chemieanlagen: Dort könnten wir Risse zu einer Nut ausarbeiten und diese dann per Laserauftragschweißen füllen.“

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Prof. Michael Rethmeier, Leiter der Füge- und Beschichtungs­technik, Fraunhofer IPK

Seinen Studenten will Rethmeier das Umdenken beibringen: „Wir können heute Dinge per Auftragschweißen reparieren, die in den Lehrbüchern noch als unschweißbar gelten. Wollen wir ein Werkstück mit hoher Heißrissneigung reparieren, mischen wir uns aus den Pulvern, wenn möglich, den metallurgisch idealen Werkstoff. Dann geht es ohne Probleme.“ Die Wärmeeinbringung durch das Laserauftragschweißen ist so gering, dass das Gefüge auch bei wärmeempfindlichen Materialien intakt bleibt.

Ansprechpartner
TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH
Jürgen Metzger
Telefon +49 7156 303 – 36194,
E-Mail: juergen.metzger@de.trumpf.com

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