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Die fortschreitende Globalisierung und die damit einhergehende Sättigung und Segmentierung der Märkte erhöht die Variantenzahl produzierender Unternehmen und verstärkt die Nachfrage an individualisierten Produkten. Um in diesem Wettbewerb bestehen zu können, setzen Unternehmen in Hochlohnländern auf eine Kombination aus individuellen und gleichzeitig qualitativ hochwertigen Produkten. Die Herausforderung besteht in diesem Zusammenhang darin, möglichst schnell auf individuelle Kundenwünsche zu reagieren und gleichzeitig die Kosten niedrig zu halten. Ein vielversprechender Ansatz dieses Problem zu lösen bietet die Technologie der generativen Fertigung, die in den letzten Jahren ihr technologisches Potenzial erheblich weiterentwickelt hat.

Das generative Fertigungsverfahren Selective Laser Melting (SLM) wird zur direkten Herstellung von metallischen Funktionsbauteilen verwendet. Während des Bauprozesses entstehen durch den schichtweisen Aufbau und die lokale Energieeinbringung mittels eines fokussierten Laserstrahls thermisch induzierte Eigenspannungen, die zu Verzug des Bauteils oder von Bauteilbereichen führen können. Üblicherweise werden die Verzüge durch Stützstrukturen zwischen Bauteil und Substratplatte verhindert. Jedoch ist es nicht immer möglich alle Bereiche eines Bauteils, je nach Komplexität der Geometrie oder Zugänglichkeit, mit Stützstrukturen zu versehen bzw. diese wieder zu entfernen. Durch eine Vorwärmung der Substratplatte während des Bauprozesses können die Verzüge reduziert oder ganz vermieden werden. Jedoch ist bisher keine systematische Untersuchung des Einflusses der Vorwärmung auf Verzüge von Aluminium Bauteilen durchgeführt worden. Ziel dieser Arbeiten ist daher die systematische Untersuchung der Auswirkung einer Vorwärmung beim SLM von Aluminiumbauteilen und die Ermittlung der geeigneten Vorwärmtemperatur, bei der nahezu keine Verzüge mehr entstehen. Eine signifikante Verzugsreduzierung im Vergleich zu den Verzügen ohne Vorwärmung zeigt sich ab einer Vorwärmtemperatur von 150°C. Bei einer Vorwärmtemperatur von 250°C sind im Rahmen der Messgenauigkeit unabhängig von der untersuchten Twincantilever Testgeometrie keine Verzüge mehr feststellbar. Neben der Reduzierung der Verzüge verhindert die Vorwärmung außerdem spannungsbedingte Risse im Bauteil, die ohne Vorwärmung zum Abreißen von Teilen der Testgeometrie führen können. Mit 90 HV 0,1 bei 250°C Vorwärmtemperatur ist die Härte größer als die geforderte Mindesthärte nach DIN EN 1706 von Druckgussbauteilen aus dem Werkstoff AlSi10Mg. Aus diesem Ergebnis kann abgeleitet werden, dass eine Vorwärmtemperatur von 250°C geeignet ist, Bauteile aus dem Werkstoff AlSi10Mg mit SLM defektfrei und prozesssicher herzustellen und Verzüge vollständig zu vermeiden.

Der Einsatz von Laserstrahlung eröffnet neue Möglichkeiten sowohl in der Verbesserung von Oberflächeneigenschaften als auch in der Fertigung und instandsetzung von Bauteilen. Durch eine lokale Wärmeeinbringung mit Laserstrahlung erfolgt eine gezielte Anpassung der Randschichteigenschaften an die Funktionsbeanspruchung bei gleichzeitig minimalem Verzug bzw. minimalem Wärmeeintrag in den Substratwerkstoff.

Mit Laserstrahlung lassen sich Bauteile berührungslos und schonend reinigen oder entschichten. Die Werkstücke erwärmen sich kaum, und auf aggressive Chemikalien kann der Anwender verzichten.

Im Zuge verschärfter Umweltauflagen hat das Entlacken mit Laserstrahlung als umweltfreundliches Entschichtungsverfahren mit hohem Automatisierungspotential in den letzten Jahren stetig an Bedeutung gewonnen. Wir berichten über neue industrielle Anwendungen der Entlackung mit gepulster und kontinuierlicher Laserstrahlung.

Functional surfaces designed to withstand the imposed stress and strain are produced by means of laser surface treatment using additive materials. This technique allows to produce a wide range of different layers through alloying, cladding and dispersing. Numerous applications from different sectors as automotive industry, nuclear industry and plastic processing industry are presented. The materials related to are different steels, cast iron and as additives metallic alloys, carbon and carbides. In addition to the operational properties the economical aspects of laser surface treatment are discussed.

Welcher Formenbauer kennt es nicht: Fehler bei der Werkzeugbearbeitung oder kurzfristige Änderungswünsche von Kunden und den Liefertermin im Nacken. Muß mit der Änderung nur Material von der Kavität weggenommen werden, ist fast alles machbar, aber was ist, wenn wieder Material hin soll? Das Auftragsschweißen mittels Laser bietet hier neue Möglichkeiten, auch an kritischen Stellen Material "hinzuzaubern".

The process of cleaning with a laser beam opens up new opportunities in the field of industrial cleaning techniques. Increasing environmental awareness, particularly in respect of waste disposal, and demanding standards of cleaning quality, make it necessary to rethink the methods hitherto used for cleaning operations. These often give rise to residual environmental pollutants which must be disposed of.

Um den steigenden Anforderungen an die Produktqualität nachzukommen, ist eine Prozeßüberwachung und -regelung von entscheidender Bedeutung. Dies gilt auch für das Beschichten mit CO2-Laserstrahlung. Am Beispiel des Beschichtens einer Förderwelle wird eine Methode zur Prozeßregelung vorgestellt.

Der Begriff "Rapid Prototyping" (RP) umfaßt eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren zur schnellen Herstellung von Prototypen. Diese Verfahren ermöglichen den direkten Aufbau eines realen Modells aus einem 3D CAD Datenmodell. Damit hat der Entwickler sehr schnell ein physisches Modell zur Verfügung, um in einer experimentellen Testphase Design und Funkionalität seiner Konstruktion zu überprüfen. Dadurch ergeben sich entscheidende Vorteile bei der Umsetzung einer Idee in ein marktreifes Produkt, z.B. Verkürzung der Produktentwicklungszeit, Senkung der Produktentwicklungskosten sowie Steigerung der Produktqualität.

Generating with CO, laser radiation belongs to the latest Generation of rapid prototyping processes. From the point of view of process- ing principles, generating with laser radiation corresponds to sin- gle-layer coating using laser radiation. The material, in the form of fine-grain metal powder, is fed by an inert gas current into a nozzle which directs it to the processing location. There the powder is liquified by laser radiation together with a thin surface layer below it, thereby producing a melt-metallurgical compund. By layering many layers on top of each other (upwards of 1000 is possible) three-dimensional parts can be manufactured. Depending on the height of the part and the number of layers as well as the geometry of the part (open contours, narrow radii), the heat conduction mechanisms change, and local temperature peaks can occur which affect the expansion of the melt bath and therefore the dimensional accuracy of the generated part [1,2]. Temperature measure ment and con t rol are therefore important for obtaining optimally accurate size and shape. In this work an experimental apparatus for the measurement and control of radiation emitted from the melt bath will be introduced. The influence of temperature control on product quality will be shown using simple shapes (thin- walled pipes, cubes) as examples

Das Laserstrahlbiegen ist ein neues, flexibles Blechumformverfahren, das sich durch die berührungs- und damit werkzeuglose Bearbeitung auszeichnet. Die potentiellen Anwendungsgebiete dieser Umformtechnik sind in der Prototypen- und Kleinserienfertigung zu sehen. Werden nur geringe Umformgrade gefordert, wie z. B. beim Richten von Bauteilen im Montageprozeß, kann das Laserstrahlbiegen auch in der Serienfertigung zum Einsatz kommen. Bei dem Verfahren wird durch die Einwirkung der Laserstrahlung ein Temperatur- und in der Folge ein Spannungsfeld im Bauteil erzeugt, was bei geeigneter Wahl der Prozeßparameter zu einer bleibenden Verformung des Bauteils fährt. Die Mechanismen beim Biegen mit Laserstrahlung sind mehrfach an anderer Stelle beschrieben worden.

Zur Sicherung der Bearbeitungsqualität beim Beschichten mit Laserstrahlung ist die Prozeßkontrolle und -regelung von entscheidender Bedeutung. Am Beispiel des Beschichtens von Kolbenstangen wird eine Methode zur Prozeßregelung vor gestellt.

In der Energietechnik werden eine Vielzahl von Motoren und Verdichtern verwendet, die aufgrund des üblichen Verschleißes instand zu halten sind. Kurbelwellen zum Beispiel, deren Kurbelzapfen durch hohe Beanspruchung verschlissen sind, können durch Beschichtungen mit verschleißbeständigen Werkstoffen wieder instand gesetzt werden. Durch das Beschichten von Laserstrahlung lassen sich Hartstoffschichten mit guter Oberflächenqualität auf den Zapfen aufbringen.

Im gesamten Maschinenbau werden oberflächengehärtete Lindearf ührungselemente in den verschiedensten Formen als Laufschienen für Kugelrollen oder Gleitlager eingesetzt. Die Bauteile werden zur Zeit überwiegend induktiv gehärtet. Dies führt in vielen Fällen zu Qualitätsproblemen. Erstmals wurde jetzt eine Anlage zum Härten mit Laserstrahlung in die industrielle Produktion integriert, in der eine neuartige Bearbeitungsstrategie automatisch den Bearbeitungsablauf steuert. Insbesondere in der partiellen Oberflä chenbearbeitung hat das Laserstrahlhärten gute Aussichten, sich neben dem konventionellen Verfahren zu etablieren.

Die Oberflächenmodifikation mit Laserstrahlung erlaubt eine definierte Vorbehandlung von Klebeflächen an Faserverbundwerkstoffen. Durch Abtragen dünner Schichten werden Verunreinigungen entfernt, wobei die Abtragtiefe von wenigen Mikrometern bis zum Freilegen der obersten Faserlage (30 bis 50 Mym) reichen kann. Bei Verwendung von Lasern kurzer Pulsdauer (Tau gleich oder kleiner l Mys) wird eine thermische Schädigung des Grundmaterials vermieden. Die mit Laserstrahlung vorbehandelten Klebeflächen zeigen besonders im Alterungsverhalten Vorteile gegenüber unbehandelten oder geschliffenen Vergleichsproben.

Der Laserstrahl stößt in das Feld der Oberflächenbehandlung vor. In einzigartiger Weise lassen sich einsatzgerechte Funktionsoberflächen mit dem Laser erzeugen: Härten, Umschmelzen, Legieren und Beschichten sind einige der möglichen Verfahrensvarianten.

Das Abtragen mit gepulster Laserstrahlung kann als einstufiger Reinigungsprozeß zum Entzundern von Edelstahloberflächen dienen. Potentiostatische Untersuchungen an Blechen zeigen eine deutliche Erhöhung des Lochfraßpotentials gegenüber Verfahren wie Beizen oder Elektropolieren. Um optimale Ergebnisse und hohe Prozeßgeschwindigkeiten zu erzielen, ist es notwendig, die Pulszahl und/oder die Energiedichte der Strahlung an die Art und Dicke der Zunderschichten anzupassen. Dabei können optische Online-Diagnostikmethoden helfen. Technologisch interessant wird das Laserverfahren, wenn Bauteile nur partiell bearbeitet werden müssen, beispielsweise beim Entzundern von Schweißnähten.

Im Vergleich mit konventionellen Methoden erlaubt Laserstrahlung durch definierte Wärmeeinbringung eine Oberflächenveredelung zu erreichen, ohne das restliche Bauteil zu beeinflussen. Weitere Vorteile des Verfahrens sind die hohe Flexibilität, die hohe Prozeßgeschwindigkeit, die lokale und berührungslose Materialbearbeitung und die mögliche Bearbeitung bei komplexer Bauteilgeometrie.

Zunehmend werden die spezifischen Eigenschaften der Laserstrahlung fuer eine gezielte Verbesserung der Oberflaecheneigenschaften verschiedener Werkstoffe hinsichtlich Ermuedung, Verschleiss, Temperaturbestaendigkeit und Korrosion ausgenutzt (1 bis 5). In diesem Beitrag werden die verschiedenen Veredelungsverfahren an typischen Ergebnissen und spezifischen Eigenschaften dargestellt. (ILT)

Bei der Waermebehandlung mit Laserstrahlen sind die Prozesstemperaturen von ausserordentlichem Interesse. Zum einen koennen bei der Kenntnis der Temperaturverteilung Aussagen ueber das Bearbeitungsergebnis hergeleitet werden, wodurch eine erhebliche Reduzierung des Aufwandes bei der experimentellen Verfahrensentwicklung moeglich ist. Zum anderen ist die Erfassung der Oberflaechentemperaturen im Rahmen der Qualitaetssicherung Ausgangspunkt einer moeglichen Prozessregelung beim Laserstrahloberflaechenveredeln. (IPT)

Laserstrahlung bietet vielfaeltige Moeglichkeiten zum Veredeln der Oberflaeche metallischer Bauteile. Beispielhafte Bearbeitungen sind das Umwandlungshaerten, das Randschichtumschmelzen, das Umlegieren und das Beschichten. Vorteile des Laserverfahrens sind kurze Prozesszeiten, gezielte Waermeeinbringung, vielfaeltige Bearbeitungsmuster, geringe Waermebelastung des Grundwerkstoffes und hohe Flexibilitaet. (ILT)