LASERUNTERSTÜTZTE BEARBEITUNG

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1 FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR PRODUKTIONSTECHNOLOGIE IPT LASERUNTERSTÜTZTE BEARBEITUNG Unser Partner

2 LASERUNTERSTÜTZTE ZERSPANUNG Steigende Anforderungen an technische Produkte führen in unterschiedlichen industriellen Branchen dazu, dass immer öfter Hochleistungswerkstoffe zum Einsatz kommen. Doch die Bearbeitung dieser Werkstoffe ist unter wirtschaftlichen Aspekten nur begrenzt möglich. Neue Perspektiven für eine effiziente Zerspanung solcher Werkstoffe ergeben sich durch die simultane Erwärmung des Werkstücks mit Hilfe eines Laserstrahls. Die lokale Erwärmung unmittelbar vor dem Eingriff des Werkzeugs und die daraus resultierende Abnahme der Werkstofffestigkeit verbessern die Zerspanbarkeit deutlich. Auf diese Weise lassen sich heute nicht nur Titan-, Nickel- und Kobaltbasislegierungen leistungsfähig bearbeiten, sondern erstmals auch Siliziumnitridkeramik drehen und fräsen. Vorteile der laserunterstützten Zerspanung Effiziente Zerspanung schwer bearbeitbarer Werkstoffe bei signifikant höheren Zeitspanvolumina und längeren Werkzeugstandzeiten Deutlich kürzere Fertigungszeiten und geringere Kosten Verzicht auf Kühlschmierstoffe (Trockenbearbeitung) Geometrisch flexible, wirtschaftliche Fertigung komplexer Bauteile aus technischer Keramik (Siliziumnitridkeramik) Hohe Reproduzierbarkeit der Fertigungsqualität durch sehr gute Steuer- und Regelbarkeit der Laserstrahlquelle Unsere Besonderheiten Umfassendes Technologiewissen zur Auslegung laserunterstützter Zerspanprozesse für schwer bearbeitbare metallische Werkstoffe sowie technische Keramik Erstmalige Möglichkeit zur Stangenbearbeitung komplexer Bauteile aus Siliziumnitridkeramik durch laserunterstützte Zerspanung Modulares Werkzeugsystem zur Komplettbearbeitung in einer Aufspannung Unser Angebot Machbarkeits- und Wirtschaftlichkeitsstudien Prozessentwicklung für das laserunterstützte Drehen und Fräsen Analyse der kundenspezifischen Anforderungen an Produkt und Prozess Prozessauslegung und -optimierung Fertigung erster Bauteile zur Prozessqualifizierung Analyse der erreichten Bauteilqualität Unterstützung bei der Implementierung der Prozesse in industrielle Produktionsabläufe Auftragsfertigung von Prototypen sowie kleinen und mittleren Serien

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4 WERKZEUGSYSTEME FÜR DIE LASERUNTERSTÜTZTE BEARBEITUNG Der Einsatz von Laserstrahltechnologien in Werkzeugmaschinen erfordert die Entwicklung modularer Werkzeugsysteme, mit denen sich Zerspan-, Umform- sowie Laserstrahlwerkzeuge flexibel und automatisiert nutzen lassen. Für die laserunterstützte Dreh-/Fräsbearbeitung hat das Fraunhofer IPT ein kommerziell verfügbares Werkzeugsystem entwickelt, das aus einem Werkzeugrevolver mit genormten Werkzeugaufnahmen besteht. Diese können beliebig mit Zerspan- und Laserstrahlwerkzeugen bestückt werden. So lassen sich beliebige Verfahrenskombinationen aus konventioneller und laserunterstützter Zerspanung sowie Laseroberflächenbehandlung in einer Werkzeugmaschine umsetzen. Ein entsprechendes Werkzeugsystem zum laserunterstützten Metalldrücken wird zurzeit am Fraunhofer IPT entwickelt und für den industriellen Einsatz qualifiziert. Vorteile der modularen Werkzeugsysteme Komplettbearbeitung geometrisch komplexer Bauteile aus Hochleistungswerkstoffen in einer Aufspannung Extrem kurze Werkzeugwechsel- und Rüstzeiten Keine Einschränkungen der ursprünglichen Funktionalität der Werkzeugmaschine durch die Laserintegration Prozesskettenverkürzung durch Integration von Prozessen zur Laseroberflächenbehandlung (Härten, Legieren, Dispergieren, Auftragschweißen) in konventionelle Werkzeugmaschinen Kürzere Durchlaufzeiten in der Fertigung Unsere Besonderheiten Umfassende langjährige Erfahrung mit der Integration unterschiedlicher Laserstrahltechnologien in neue oder bestehende Fertigungsketten Einfache nachträgliche Integration der am Fraunhofer IPT entwickelten Werkzeugsysteme in konventionelle Werkzeugmaschinen Benutzerfreundliche Bedienung und Wartung des Werkzeugsystems, die kein laserspezifisches Fachwissen erfordern Unser Angebot Entwicklung und Umsetzung von Konzepten zur Integration von Laserstrahltechnologien in Werkzeugmaschinen Entwicklung und Konstruktion erforderlicher Laserstrahlwerkzeuge für spezielle Bearbeitungsoperationen Einbindung von Laserstrahltechnologien in bestehende Produktionsabläufe unter Berücksichtigung vor- und nachgelagerter Prozessschritte Auslegung von Prozessketten zur Komplettbearbeitung

5 LASERUNTERSTÜTZTES METALLDRÜCKEN Das Metalldrücken erlaubt eine einfache, schnelle und kostengünstige Fertigung komplexer, rotationssymmetrischer Bauteile. Die gefertigten Bauteile zeichnen sich aus durch ihre mechanischen Eigenschaften, hohe Oberflächengüten und gute Rundlaufeigenschaften. Bei schwer umformbaren Werkstoffen wie Titan- und Nickellegierungen stößt das konventionelle Metalldrücken jedoch an seine Grenzen. Durch die gezielte lokale Erwärmung der Umformzone mit einem Laser lässt sich das Umformvermögen eines Werkstoffs verbessern. Der zusätzliche Einsatz der Laserstrahlung ermöglicht so die effiziente Verarbeitung dieser Werkstoffe. Unsere Besonderheiten Umfassendes Prozesswissen zur Auslegung von Bearbeitungsstrategien für das laserunterstützte Drücken schwer bearbeitbarer metallischer Werkstoffe wie Titan, Nickel oder Iridium Entwicklung und Konstruktion von Werkzeugen für das laserunterstützte Drücken Prototypische Werkzeugmaschine zum laserunterstützten Metalldrücken auf Basis einer industriellen Drückmaschine (Leifeld PNC 75) Vorteile des laserunterstützten Metalldrückens Unser Angebot Deutlich höhere Umformgrade und -geschwindigkeiten im Vergleich zur Kaltumformung Komplettbearbeitung in einer Aufspannung durch die Eliminierung von Zwischenglühstufen Gezielte, lokal begrenzte Erwärmung der Umformzone reduziert Diffusionsprozesse in der Randschicht signifikant Hohe Reproduzierbarkeit der Fertigungsqualität durch sehr gute Steuer- und Regelbarkeit der Laserstrahlquelle Bauteile ohne sicherheitskritische Schweißnähte Machbarkeits- und Wirtschaftlichkeitsstudien Prozessentwicklung für das laserunterstützte Metalldrücken Analyse der kundenindividuellen Anforderungen an Produkt und Prozess Prozessauslegung und -optimierung Fertigung erster Bauteile zur Prozessqualifizierung Analyse der erreichten Bauteilqualität Unterstützung bei der Implementierung der Prozesse in industrielle Produktionsabläufe Auftragsfertigung von Prototypen und Einzelteilen

6 Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT Steinbachstraße Aachen Telefon Fax Ansprechpartner Dr.-Ing. Kristian Arntz Telefon Fax Dipl.-Ing. Christoph Brummer Telefon Fax Fotos auf den Seiten 1, 2, 3 und 4 mit freundlicher Genehmigung der A. Monforts Werkzeugmaschinen GmbH & Co. KG