Laser flickt Mikrorisse

Auf den ersten Blick haben Kaffeemaschinen, Autoarmaturen und Flugzeugturbinen nichts gemein. Und doch nennt sie Dr. Steffen Nowotny, Maschinenbauer am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, in einem Atemzug: „Der neue Laser-Schweißroboter kann teure Bauteile wie Turbinen aber auch aufwändig gefertigte Werkzeuge, wie beispielsweise Einsätze für den Spritzguss, reparieren.“

Das Robotersystem zum Auftragschweißen mit höchster Präzision ist auf der Euromold 2006 in Frankfurt von 29. November bis 2. Dezember in Halle 8, Stand L113 zu sehen. Ein flexibler Roboter-Arm lenkt Laserlicht exakt auf die zu reparierende Stelle des Bauteils: den Riss oder die abgesprungene Ecke. Die Energie des Laserstrahls lässt die Oberfläche schmelzen. Punkt für Punkt rastert der Lichtstrahl das zu bearbeitende Werkstück ab und erzeugt mikroskopisch kleine Pfützen, nicht größer als ein paar Zehntel Millimeter. 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 Mikrometern – schmelzen sie vollständig im Laserstrahl auf und verbinden sich innerhalb kürzester Zeit sehr fest mit dem Grundmaterial.

„Das Laser-Verfahren ist sehr flexibel. Wir können, je nach Bauteil und Anwendung, Metalle wie Titan, Nickel oder Kobalt, Hartmetalle und selbst Keramik einsetzen. Auf diese Weise lassen sich Risse in Werkzeugen schließen oder abgebrochene Kanten ergänzen“, erklärt Nowotny. „Wir können dabei einige Millimeter Material profilgetreu rekonstruieren. Das genügt, um beispielsweise die filigranen Schaufeln oder Scheiben von Flugzeugturbinen, die durch den Aufprall eines Vogels beschädigt wurden, zu reparieren.“

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 eine innovative Strahlquelle, den Faserlaser. Der kann Material mit bisher unerreichter Genauigkeit auftragen, ohne das Bauteil zu strapazieren. Auf diese Weise lassen sich Metallstrukturen mit einer Auflösung von nur 100 Mikrometern erzeugen, das entspricht etwa der Dicke eines Haares.