Skip to main content
main-content
Top

Hint

Swipe to navigate through the chapters of this book

2021 | OriginalPaper | Chapter

Koaxiales Laser-Pulver-Auftragschweißen mit zentraler Schweißgutzufuhr über ein Kapillarröhrchen zur Steigerung der Pulverausnutzung

Authors: Marius Lammers, Robert Bernhard, Philipp Neef, Henning Wiche, Christian Hoff, Jörg Hermsdorf, Stefan Kaierle, Henning Ahlers, Volker Wesling

Published in: Konstruktion für die Additive Fertigung 2020

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

share
SHARE

Zusammenfassung

Aufgrund der hohen Kosten von speziellen Pulverwerkstoffen beim Laser-Auftragschweißen zeigt sich konventionelle Systemtechnik hinsichtlich der Pulverausnutzung nachteilig: Bei zentraler Laserstrahlführung und einer Pulverzufuhr über eine Ringspaltdüse tritt erhöhter Pulververlust auf, da der Pulverstrahldurchmesser den des Schmelzbades auf dem Werkstück deutlich übersteigt. Besonders bei filigranen Strukturen im Mikrometer-Bereich tritt ein Pulververlust von bis zu 90 % ohne mögliche Pulverrückgewinnung auf.
Der neuartige Ansatz zur Reduktion des Pulververlusts basiert auf einer Kapillardüse in Kombination mit dem LZH-Bearbeitungskopf für das koaxiale Laserauftragschweißen. Dieser verfügt über eine mittig angeordnete Schweißgutzufuhr und vier einzelne Laserstrahlen, die den Schweißzusatzwerkstoff koaxial umschließen. Dieser Aufbau ermöglicht eine richtungsunabhängige Bearbeitung ohne Pulverabschattung bei gleichzeitig gesteigerter Pulverausnutzung, da die Form des Pulver-Gas-Stromes durch den Einsatz eines Kapillarröhrchens mit einem Durchmesser von 0,6 mm deutlich verbessert wird.
Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung und Umsetzung der auf dem Kapillarröhrchen basierenden Düse sowie der entsprechenden Versuche zur Steigerung des Pulverausnutzungsgrades beim Laser-Pulver-Auftragschweißen.
Literature
1.
go back to reference Tabernero, I., Lamikiz, A., Ukar, E., López de Lacalle, L.N., Angulo, C., Urbikain, G.: Numerical simulation and experimental validation of powder flux distribution in coaxial laser cladding. J. Mater. Process. Technol. 210(15), 2125–2134 (2010) CrossRef Tabernero, I., Lamikiz, A., Ukar, E., López de Lacalle, L.N., Angulo, C., Urbikain, G.: Numerical simulation and experimental validation of powder flux distribution in coaxial laser cladding. J. Mater. Process. Technol. 210(15), 2125–2134 (2010) CrossRef
3.
go back to reference KhamidullinI, B.A., Tsivilskiy, V., Gorunov, A.I., Gilmutdinov, A.K.: Modeling of the effect of powder parameters on laser cladding using coaxial nozzle. Surf. Coat. Technol. 364(25), 430–443 (2019) CrossRef KhamidullinI, B.A., Tsivilskiy, V., Gorunov, A.I., Gilmutdinov, A.K.: Modeling of the effect of powder parameters on laser cladding using coaxial nozzle. Surf. Coat. Technol. 364(25), 430–443 (2019) CrossRef
6.
go back to reference Lubaszkaand, P., Vaufeld, B.: Powder blown laser cladding of vertical surfaces. Lasers Eng. 39, 35–52 (2018)., Old City Publishing, Inc Lubaszkaand, P., Vaufeld, B.: Powder blown laser cladding of vertical surfaces. Lasers Eng. 39, 35–52 (2018)., Old City Publishing, Inc
7.
go back to reference Bambacha, M., Sizovaa, I., Silzeb, F., Schnick, M.: Comparison of laser metal deposition of Inconel 718from powder, hot and cold wire, 0th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2018]. Procedia CIRP. 74(2018), 206–209 (2018) CrossRef Bambacha, M., Sizovaa, I., Silzeb, F., Schnick, M.: Comparison of laser metal deposition of Inconel 718from powder, hot and cold wire, 0th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2018]. Procedia CIRP. 74(2018), 206–209 (2018) CrossRef
8.
go back to reference Liu, S., Zhang, Y., Kovacevic, R.: Numerical Simulation and Experimental Study of Powder Flow Distribution in High Power Direct Diode Laser Cladding Process. Springer, New York (2015) CrossRef Liu, S., Zhang, Y., Kovacevic, R.: Numerical Simulation and Experimental Study of Powder Flow Distribution in High Power Direct Diode Laser Cladding Process. Springer, New York (2015) CrossRef
9.
go back to reference Zhong, C., Biermann, T., Gasser, A., Poprawe, R.: Experimental study of effects of main process parameters on porosity, track geometry, deposition rate, and powder efficiency for high deposition rate laser metal deposition. J. Laser Appl. 27(4), 042003-1–042003-8 (2015) Zhong, C., Biermann, T., Gasser, A., Poprawe, R.: Experimental study of effects of main process parameters on porosity, track geometry, deposition rate, and powder efficiency for high deposition rate laser metal deposition. J. Laser Appl. 27(4), 042003-1–042003-8 (2015)
10.
go back to reference Liu, R., Wang, Z., Sparks, T., Liou, F., Newkirk, J.: Aerospace applications of laser additive manufacturing; Materials, Design, Technologies, and Applications. Science Direct (2017) Liu, R., Wang, Z., Sparks, T., Liou, F., Newkirk, J.: Aerospace applications of laser additive manufacturing; Materials, Design, Technologies, and Applications. Science Direct (2017)
11.
go back to reference Takemura, S., Koike, R., Kakinuma, Y., Sato, Y., Oda, Y.: Design of powder nozzle for high resource efficiency in directed energy deposition based on computational fluid dynamics simulation. Springer Nature, Schweiz (2019) Takemura, S., Koike, R., Kakinuma, Y., Sato, Y., Oda, Y.: Design of powder nozzle for high resource efficiency in directed energy deposition based on computational fluid dynamics simulation. Springer Nature, Schweiz (2019)
12.
go back to reference Bernhard, R., Neef, P., Wiche, H., Wesling, V., Eismann, T., Hoff, C., Hermsdorf, J., Kaierle, S.: Additive Manufacturing of a LMD nozzle for Multimaterial processing, Science Direct (2020) Bernhard, R., Neef, P., Wiche, H., Wesling, V., Eismann, T., Hoff, C., Hermsdorf, J., Kaierle, S.: Additive Manufacturing of a LMD nozzle for Multimaterial processing, Science Direct (2020)
13.
go back to reference Telschig, H., Schneider, K.: Technische und energieeffiziente Auslegung pneumatischer Förderanlagen zum Transport von Schüttgütern, DSIV (Deutscher Schüttgut-Industrie Verband), Aerzen (2015) Telschig, H., Schneider, K.: Technische und energieeffiziente Auslegung pneumatischer Förderanlagen zum Transport von Schüttgütern, DSIV (Deutscher Schüttgut-Industrie Verband), Aerzen (2015)
14.
go back to reference Wilms, H.: Grundlagen der pneumatischen Förderung, Zeppelin Systems GmbH, Pumpen- und Schüttgut Forum (2011) Wilms, H.: Grundlagen der pneumatischen Förderung, Zeppelin Systems GmbH, Pumpen- und Schüttgut Forum (2011)
15.
go back to reference Settles, G.S.: Schlieren and Shadowgraph Techniques. Visualizing Pheno-mena in Transparent Media. Springer, Berlin/Heidelberg (2001) CrossRef Settles, G.S.: Schlieren and Shadowgraph Techniques. Visualizing Pheno-mena in Transparent Media. Springer, Berlin/Heidelberg (2001) CrossRef
16.
go back to reference Bernhard, R., Neef, P., Wiche, H., Wesling, V., Hoff, C., Hermsdorf, J., Kaierle, S.: Additive manufacturing of copper-molybdenum pseudoalloys. Photonics Europe (2020) Bernhard, R., Neef, P., Wiche, H., Wesling, V., Hoff, C., Hermsdorf, J., Kaierle, S.: Additive manufacturing of copper-molybdenum pseudoalloys. Photonics Europe (2020)
17.
go back to reference Lachmayer, R., Lippert, R.B. (Hrsg.): Additive Manufacturing Quantifiziert: Visionäre Anwendungen und Stand der Technik. Springer, Hannover (2017). ISBN: 978-3-662-54112-8 Lachmayer, R., Lippert, R.B. (Hrsg.): Additive Manufacturing Quantifiziert: Visionäre Anwendungen und Stand der Technik. Springer, Hannover (2017). ISBN: 978-3-662-54112-8
18.
go back to reference VDI Gesellschaft Produktion und Logistik: VDI 3405 – Additive manufacturing processes, rapid manufacturing – Basics, definitions, processes. VDI Handbuch, Berlin (2014) VDI Gesellschaft Produktion und Logistik: VDI 3405 – Additive manufacturing processes, rapid manufacturing – Basics, definitions, processes. VDI Handbuch, Berlin (2014)
Metadata
Title
Koaxiales Laser-Pulver-Auftragschweißen mit zentraler Schweißgutzufuhr über ein Kapillarröhrchen zur Steigerung der Pulverausnutzung
Authors
Marius Lammers
Robert Bernhard
Philipp Neef
Henning Wiche
Christian Hoff
Jörg Hermsdorf
Stefan Kaierle
Henning Ahlers
Volker Wesling
Copyright Year
2021
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-63030-3_12

Premium Partners