EP4117850A1 - Vorrichtung und verfahren zum herstellung und nachbearbeiten von schichten aufgetragen durch laserauftragschweissen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum herstellung und nachbearbeiten von schichten aufgetragen durch laserauftragschweissen

Info

Publication number
EP4117850A1
EP4117850A1 EP20780558.1A EP20780558A EP4117850A1 EP 4117850 A1 EP4117850 A1 EP 4117850A1 EP 20780558 A EP20780558 A EP 20780558A EP 4117850 A1 EP4117850 A1 EP 4117850A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
structures
laser
hardness
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20780558.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Phillip Utsch
Dominik DOBRZANSKI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HPL Technologies GmbH
Original Assignee
HPL Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HPL Technologies GmbH filed Critical HPL Technologies GmbH
Publication of EP4117850A1 publication Critical patent/EP4117850A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0093—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring combined with mechanical machining or metal-working covered by other subclasses than B23K
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K28/00—Welding or cutting not covered by groups B23K5/00 - B23K26/00
    • B23K28/02—Combined welding or cutting procedures or apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/16—Composite materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/16—Composite materials
    • B23K2103/166—Multilayered materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a device for laser deposition welding, a method for operating such a device and a component produced with such a device and / or such a method.
  • Laser deposition welding is a process for surface treatment (e.g. coating, repair) and for the additive manufacturing of components with wire or powdered filler materials. Due to the greater robustness with regard to adjustment errors in the process equipment and the greater flexibility in the selection of materials, powdered filler materials are predominantly used.
  • the powder is introduced into a melt pool generated by a laser beam on a surface of a component at a defined angle by means of a powder nozzle.
  • part of the laser radiation is absorbed by the powder.
  • the unabsorbed portion is (multiple) reflected or transmitted.
  • the part of the radiation absorbed by the powder particles leads to the powder particles being heated, while the part of the radiation that is transmitted creates the weld pool.
  • the particles of the filler material are solid and / or partially or completely liquid before entering the weld pool.
  • the material of the melt pool moves out of the area of influence of the laser radiation and solidifies to form a layer.
  • the prerequisite for producing defect-free, melt-metallurgically bonded layers is to provide process heat that is sufficient to initiate a temperature-time cycle that ensures both the substrate and the filler material melt.
  • further process parameters e.g. feed speed, track spacing, Beam diameter, material supply, etc.
  • the powder can be injected laterally or coaxially into the weld pool.
  • feed rates d. H. Relative speeds of the component compared to the laser beam, typically between 0.2 m / min and 2 m / min.
  • feed rates typically between 0.2 m / min and 2 m / min.
  • the material supplied is melted above the surface by means of a correspondingly focused laser beam with high power, so that it already reaches the melt pool on the surface of the component in the melted state, which enables the component to be processed more quickly further increased feed speeds in the range> 150 m / min.
  • DE 102011 100456 B4 With the method according to DE 102011 100456 B4, the area rate is now higher (thus the coating duration is shorter) than with the conventional method, despite the greater area rate, DE 10 2011 100 456 B4 does not provide any approaches to increasing the application rate (amount of powder applied per unit of time) .
  • the materials are applied in wider or less wide build-up weld tracks with a thickness that varies over the width of the build-up weld track.
  • the cross-section of such a build-up weld line perpendicular to the feed direction in which the laser beam moves over the component is generally dome-shaped with a maximum layer thickness in the middle of the build-up weld line and a thickness that decreases towards zero towards the edges of the build-up weld line.
  • the molten bath movement and adhering, only partially melted powder particles generally result in a high surface roughness (compared to conventional manufacturing processes, e.g. turning, milling, grinding). If an even layer of applied material is desired as the end product, the applied layer must be reworked.
  • This post-processing is time-consuming. Depending on the waviness and roughness of the layer, a lot of applied material may have to be removed again for smoothing. Especially with hard layers or hard grains in composite layers, the conventional smoothing causes a time-consuming post-processing step, which, if necessary, can mechanically wear the smoothing agent heavily and thus increase the tool costs.
  • a device for laser deposition welding with a laser deposition welding unit with at least one laser deposition welding head arranged thereon, one or more material sources for supplying the laser deposition welding head with a material to be deposited and a laser beam source for supplying the laser deposition welding head with laser light for performing the laser deposition welding, the device being designed for this purpose is, the application of material layers from adjacent build-up weld tracks on a surface of a component in the form of at least one first layer made of a material comprising structures protruding from the surface of the first layer with a first hardness and a second layer applied thereon made of a material with a second hardness less than the first hardness, wherein the application process is controlled so that the second layer at least the structures protruding from the first layer partially covered.
  • laser cladding refers to all processes in which a material passing through a laser cladding head in the direction of the component to be processed, for example a powdery material, is carried out by means of a laser beam, which is also guided through the material by the laser cladding head in the direction of the component to be processed, is melted in a melt pool generated by the laser beam on the surface of the component and is thus applied to the surface of the component, which is also melted by the laser beam.
  • the subsequently solidified material remains there as a material welded to the surface in the form of a build-up weld trace.
  • the laser cladding head comprises, for example, optics for the laser beam and a powder feed nozzle including an adjustment unit for the material to be applied, possibly with an integrated, local protective gas supply.
  • the laser beam can also be guided in such a way that the material is already melted in the laser beam, for example by a laser beam that has a focal point above the surface of the component.
  • laser cladding unit refers to a component that includes the laser cladding head (s).
  • the laser cladding head (s) can be attached to a support plate of the laser cladding unit, for example.
  • the fastening can preferably be carried out in such a way that if there are several laser welding heads, the laser deposition welding heads can move relative to one another.
  • the laser deposition welding unit as a whole can be arranged in the device in a spatially movable manner, for example on an adjustment unit of the device.
  • the laser cladding unit can be arranged on a robot arm which can move the laser cladding unit as desired spatially by means of suitable travel curves.
  • the number of laser deposition welding heads is at least one here.
  • Two, three, four, five or more laser deposition welding heads can therefore also be included in the laser deposition welding unit. How many laser cladding welding heads can be present in the device is in the Usually a geometric problem and is determined by the size of the laser deposition welding heads and the component to be processed.
  • laser deposition welding head refers to the unit which, by means of the laser beam passed through it, creates a laser weld point on the surface of the component to be processed, and which melts the material also passing through it in the laser beam on the way to the surface of the component, so that it melts when it hits the surface of the component is welded to it.
  • laser welding point describes the spatial location on the surface of the component where the melted material is applied to the surface by means of laser deposition welding.
  • the laser welding point can also be referred to as the melting area of the applied material, in which the material melted by means of laser light hits the surface of the component.
  • the applied material can, for example, be provided in powder form for laser deposition welding. Any material suitable for laser deposition welding can be used as the material.
  • the material can comprise or consist of metals and / or metal-ceramic composites (so-called MMCs). A person skilled in the art can select the materials that are suitable for the respective laser deposition welding process.
  • the material can be fed to the laser heads from a single conveyor unit.
  • the device can, however, also comprise several conveying units, whereby the laser cladding heads can be supplied with different materials, so that the cladding tracks generated by different laser cladding heads can comprise the same or different materials or the material supply to one or more laser cladding heads during the laser cladding can be from one conveying unit to one changed or switched over to another conveyor unit with a different material.
  • Material layers are produced from material traces applied next to one another at least partially overlapping. How many juxtaposed material tracks are required to provide a surface of the component with a material layer depends, among other things, on the material width of the respective material track.
  • the material width is determined by the details of the design of the laser deposition welding heads, such as, for example, material beam width, laser energy, expansion of the laser focus and / or process speed.
  • the laser radiation is provided by means of one or more laser beam sources. The person skilled in the art can select suitable laser beam sources for laser deposition welding.
  • the term “on the surface of the component” refers to the current surface of the component at the point in time when the respective laser welding point passes over the surface.
  • the surface of the component does not need to be the original surface of the component before the start of the laser deposition welding.
  • the surface of the component can also represent the surface of an already applied build-up weld trace or a layer of applied material, since this is welded to the previous surface after application and thus itself represents the surface of the component for subsequent build-up weld traces.
  • the texture of the surface that deviates from an ideal flat surface is referred to here as the “protruding structures”.
  • the texture can be determined numerically in the form of a surface roughness.
  • the first layer comprises a composite material comprising a matrix material with a third hardness less than the first hardness, the first layer preferably consists of the composite material and the structures are at least partially embedded in the matrix material.
  • the composite material can be a metal-ceramic composite material that contains grains that form the structures.
  • grains are carbite grains.
  • Such materials are particularly characterized by their high abrasion resistance and can be used, for example, as brake linings.
  • needles made of a carbide, nitride, oxide or similar material are formed on the surface of such a layer produced with laser deposition welding, the height of which can be up to half the layer applied, while the diameter of the needle is significantly smaller than that Height is.
  • the material of the second layer is a metal or a metal alloy. Layers of metal can be reworked easily and in a defined manner. In a In a preferred embodiment, the material of the second layer is the matrix material of the first layer. This makes it possible to produce a good material bond between the first and second layer, since the first layer differs from the second layer only in the presence of the structures protruding from the first layer.
  • the surface roughness is reduced compared to components with only one applied first layer with such structures.
  • the structures each have a highest point and, in a valley between adjacent structures, the adjacent structures each have a lowest point assigned to them, with a distance between the highest and lowest point of the respective structure representing its height and the second layer that protruding from the first layer Structures at least up to 20%, preferably at least 40%, more preferably at least 60%, particularly preferably at least 80%, of the average height of all structures is covered.
  • the second layer completely covers the structures protruding from the first layer.
  • the second layer consists of a material whose hardness is lower than that of the protruding structures, reworking of the component is facilitated or, if the structures that effectively protrude from the second layer are only small, unnecessary, since in this case the resulting Surface roughness may already meet the requirements for the coated component as the product.
  • the surface roughness of the coated component corresponds to that of the surface of the second layer. Due to the fact that the second layer has a low hardness, the area of the second layer that protrudes over the structures can easily be removed by post-processing so that the structures do not determine the surface roughness of the coated component, but the strength of the overall layer composed of the first and affect the second layer significantly.
  • Components with a completely covering second layer can be used, for example, as or in drill heads to improve the external wear protection.
  • Components with a second layer that does not completely cover can be used, for example, as brake disks, since the friction provided by the structures and the second layer is sufficient.
  • first layer and second layer are not intended to mean that there are no additional layers between the “first layer” and the surface of the component can.
  • a “third layer” or further layers could be arranged between the first layer and the component.
  • the device can furthermore comprise a control unit for controlling the laser cladding process and, if necessary, the post-processing, which can be any suitable control unit, for example a processor or a computer unit on which a corresponding control program is installed and is carried out during the laser cladding and / or post-processing.
  • a control unit for controlling the laser cladding process and, if necessary, the post-processing which can be any suitable control unit, for example a processor or a computer unit on which a corresponding control program is installed and is carried out during the laser cladding and / or post-processing.
  • the device according to the invention enables an effective laser deposition welding process to be carried out, which enables a simple, reliable and less wear-intensive reworking effort.
  • the device further comprises a material removal unit which is provided to at least partially remove the structures of the first layer protruding from the second layer if the first layer is not completely covered, or if the structures of the first layer are completely covered by the second Then partially remove the second layer.
  • the term "material removal unit” denotes any form of removal unit with which material from a layer can be removed from this layer without completely detaching the layer from the layers below.
  • the material removal process can be carried out mechanically, thermally, chemically or in some other way.
  • the material removal unit is a grinding unit, a milling unit or a laser melting or laser ablation unit.
  • the material removal unit can be arranged separately from the laser deposition welding unit or connected to it or integrated therein.
  • the material removal unit is arranged on the laser deposition welding unit behind the laser deposition welding head, viewed in the feed direction of the laser deposition welding head. This means that the material removal process can be carried out in the same work step as the laser deposition welding process. If necessary, the residual heat of the laser deposition welding process can be used.
  • the protruding from the second layer Structures of the first layer are at least partially removed in that they are evaporated or melted by the material removal unit.
  • the material removal unit can be designed as an optical unit that can direct a laser beam onto the surface of the second layer so that the structures of the first layer that still protrude from the second layer are thermally smoothed.
  • it can comprise lenses, mirrors, light guides or other optical components that can optionally be cooled or exposed to inert gas. This thermal smoothing takes place, for example, by melting and subsequent melting to a smoother surface or by evaporation of the structures.
  • the material removal unit smooths the surface in that the smoothing process converts at least some of the structures in such a way that they disappear through the smoothing process or are at least reduced in size in the direction of a more ideal surface.
  • the smoothing by the material removal unit thus reduces the surface roughness of the aftertreated surface of the second layer.
  • the structures which have the largest share of the surface texture or surface roughness of the surface of the second layer to be reworked are thermally affected by the laser beam.
  • evaporation can always be carried out particularly effectively and precisely when the structures to be evaporated are narrow and high, so that the thermal conductivity of the structures is significantly lower than the layer of the applied material as an extended body.
  • the respective structure can be partially or completely evaporated.
  • metal-ceramic composite materials with grains in the form of needles made of carbide, nitride, oxide or similar material in which the diameter of the needle is significantly smaller than the height at which it emerges from the second Stick out layer.
  • the second layer already at least partially covers the structures, the part of the structures to be evaporated or melted is smaller than the height of the structures with which they protrude from the first layer. Due to the thin shape of the structures, the energy injected by the laser beam cannot flow away quickly enough via the structure into the second layer, so that the remaining needles are heated up and evaporate without the applied second layer becoming too strong heat. A laser beam guided accordingly over the surface evaporates the structures that are still protruding and thus significantly smooths the surface.
  • the laser beam smooths the surface in a continuous process in which the structures do not are recorded separately, but depending on the length in a statistical process pass through the laser beam and thus smoothed or evaporated.
  • the laser cladding welding head is preferably used as the material removal unit, since the optical components and the light source are already present and the parameters of the laser beam and the beam guidance only need to be adapted to the material removal purpose.
  • the material removal unit when the first layer is completely covered by the second layer, the material removal unit removes it over the entire area, at least until the structures are reached.
  • the material removal unit can be designed, for example, as a grinding, milling or other mechanical processing unit.
  • Such material removal units can, depending on the design, remove the second layer over a large area, so that the post-processing step can be carried out effectively and with the shortest possible post-processing time.
  • the material removal unit is designed to stop the removal when at least the highest or some of the highest structures protruding from the surface of the first layer is or are reached by the material removal unit as a result of the removal process. This means that the structures protruding from the first layer do not yet determine the surface roughness of the second layer and thus that of the coated component, but they still have a significant impact on the strength of the overall layer made up of the first and second layers, which significantly contributes to the durability of the overall layer package.
  • the material removal unit comprises a sensor which, during the removal process, detects a transition between the sole removal of the material with the second hardness and an at least partial removal of the structure with the first hardness.
  • the sensor can use any suitable technology, for example, to differentiate between a softer material (second layer) and a harder material (said structures of the first layer), a change in the surface structure, surface roughness and / or other property differences between the first and second layer .
  • the sensor is designed to recognize the changing mechanical, optical and / or acoustic properties of the material to be removed at the transition.
  • the sensor can be a force sensor, a torque sensor, a speed sensor, a surface roughness sensor, an optical, be tactile, capacitive, inductive or acoustic sensor.
  • the device comprises several laser cladding heads for (quasi) simultaneous application of material to a surface of the component, all of which are supplied in the device with the material to be applied and with laser radiation for performing the laser cladding.
  • the term "(quasi-) simultaneous application” describes the process of laser deposition welding, with separate deposition welding tracks per laser deposition welding head being applied to the surface simultaneously (in advance or after) with other deposition welding tracks using other laser deposition welding heads.
  • This (quasi) simultaneous application takes place at the same time, but at different positions on the component, i.e. at different locations on the component. This means that the material applied to the surface per unit of time increases proportionally with the number of laser cladding heads.
  • the separate build-up welding tracks can adjoin one another or, if necessary, at least partially overlap. If necessary, the separate build-up welding tracks can also be applied directly to one another.
  • the (quasi) simultaneous application of material by means of several laser cladding heads enables an even more effective laser cladding process with a higher application rate for a wide variety of materials and a shorter process time for the component than would only be possible with a laser welding head. In order to achieve a shorter process time, the feed rate does not need to be increased compared to known methods, which improves the quality of the applied layer and helps to avoid layer defects such as cracking by means of a process-appropriate feed rate.
  • each laser cladding welding head applies the cladding weld trace generated by it, at least partially overlapping with the adjacent cladding weld traces generated by the other laser welding heads, so that the material is applied flatly on the surface.
  • the laser weld points generate build-up weld tracks with a material width along the feed direction on the surface in which a first offset of adjacent laser weld spots is between 10% and 90%, preferably between 40% and 60%, particularly preferably 50%, of the material width of the build-up weld track .
  • a first offset of adjacent laser weld spots is between 10% and 90%, preferably between 40% and 60%, particularly preferably 50%, of the material width of the build-up weld track .
  • adjacent laser weld points refers to two laser weld points that produce build-up weld traces of material applied to the surface of the component, which adjoin one another and, if necessary, can at least partially overlap to produce a two-dimensional application of the material. Adjacent laser welding points can be generated by neighboring laser welding heads.
  • adjacent laser welding points and / or laser welding heads do not necessarily designate laser welding points or laser welding heads that have the smallest geometrical distance from one another, but are or generate those laser welding points that create adjacent build-up weld tracks.
  • the preheating of the component can be controlled in a targeted manner by the at least first offset of the adjacent laser welding points with respect to one another, which simplifies the processing of difficult-to-weld alloys or, depending on the alloy, makes it possible in the first place.
  • the post-processing effort is also reduced by the at least first offset of a suitable size.
  • the adjacent laser weld points on the surface of the component have a second offset to one another in the feed direction.
  • the preheating of the component can also be controlled in a targeted manner, in particular in conjunction with the first offset, which further simplifies the processing of difficult-to-weld alloys or, depending on the alloy, makes it possible in the first place.
  • the second offset with a suitable size, in particular in conjunction with the first offset also further reduces the post-processing effort.
  • the laser welding head with the second offset to the adjacent build-up weld track can be used to remelt the adjacent build-up weld track in addition to applying its own build-up weld track.
  • the device is designed to apply at least one third layer between the component and the first layer.
  • the invention further relates to a method for operating a device according to the invention for laser deposition welding with a laser deposition welding unit with at least one laser deposition welding head arranged thereon for the application of material in the form of one or more adjacent deposition welding tracks on a surface of a component to produce material layers resulting therefrom, one or more material sources for supplying the laser cladding welding head with the material to be applied and a laser beam source for supplying the laser cladding welding head with laser light for performing the laser cladding and a material removal unit for processing the applied material, comprising the following steps:
  • a second layer made of a material with a second hardness less than the first hardness, a layer thickness of the second layer being such that the second layer at least partially covers the structures protruding from the first layer.
  • the layer thickness of the second layer can be greater than the height of the highest structure protruding from the first layer.
  • the method comprises the further step:
  • the structures are removed by the material removal unit evaporating or melting the structures; the laser cladding welding head is preferably used as the material removal unit for this purpose, or the second layer is removed by the material removal unit covering the second layer over the entire area at least up to Reaching the structures erodes.
  • the method comprises the further step:
  • the method comprises the further step of recognizing a transition in the removal process between the sole removal of the material with the second hardness to an at least partial removal of the structures with the first hardness by means of a sensor of the material removal unit.
  • the sensor detects the changing mechanical, optical and / or acoustic properties of the material to be removed at the transition.
  • the method comprises, before the application of the first layer, the further step of applying a third layer or further layers to the component, to which the first layer is then applied.
  • the material removal unit moves analogously to the laser welding head over the surface of the component.
  • the method comprises using a plurality of laser welding heads in the device for application of the material, all laser welding heads in the device being supplied with the material to be applied and with laser radiation for performing the laser deposition welding.
  • the invention further relates to a component having a surface to which a first layer made of a material comprising structures protruding from the surface of the first layer and having a first hardness is applied by means of a device according to the invention or a method according to the invention, and wherein the first layer a second layer is applied from a material with a second hardness less than the first hardness, wherein the second layer at least partially covers the structures protruding from the first layer and a surface of the second layer or the structures were designed after the application of the first and second layers so that the structures no longer protrude from the second layer.
  • the material of the second layer can be a metal or a metal alloy.
  • the first layer can comprise a composite material with a matrix material with a third hardness less than the first hardness; the first layer preferably consists of the composite material where the structures are embedded in the matrix material.
  • the composite material can be a metal-ceramic composite material that contains grains that form the structures, preferably the grains are carbide grains.
  • the material of the second layer can be the matrix material of the first layer.
  • a third layer can be applied to the surface, to which the first layer is applied.
  • Fig.l an embodiment of the inventive device for laser deposition welding
  • Fig.l shows an embodiment of the device 1 according to the invention for laser cladding with a laser cladding unit 2 with at least one laser cladding head 3 arranged thereon, one or more material sources 5 for supplying the laser cladding head 3 with a material M to be applied and a laser beam source 6 for supplying the laser cladding head 3 with laser light L for performing the laser cladding, the device being designed to apply layers of material 42, 43, 44 from adjacent cladding track MS to a surface 41 of a component 4 in the form of at least one first layer 42 made of a material M that comes from the surface the first layer 42 comprises protruding structures 42s with a first hardness Hl and a second layer 42 applied thereon made of a material M with a second hardness H2 less than the first hardness Hl, the application process being controlled such that d The second layer 43 at least partially covers the structures 42s protruding from the first layer 42.
  • the material of the second layer 43 can be a metal or a metal alloy.
  • the first layer 42 can comprise a composite material VM comprising a matrix material MM with a third hardness H3 less than the first hardness H1.
  • the first layer 42 preferably consists of the composite material VM and the structures 42s are at least partially embedded in the matrix material MM.
  • the composite material VM can be a metal-ceramic composite material that contains grains that form the structures 42s, preferably the grains are carbide grains.
  • the material of the second layer 43 can also be the matrix material MM of the first layer 42.
  • the second layer 43 shows the component 4 in a side view (a) with the first layer 42 and the structures 42s protruding therefrom and (b) after these structures 42s have been partially covered by the second layer 43.
  • the structures 42s each have a highest point PI and im Valley between adjacent structures 42s, the structures 42s adjoining the valley there each have a lowest point P2 assigned to them, with a distance between the highest and lowest point PI, P2 of the respective structure 42s representing its height Hs and the second layer 43 that from the first layer 42 protruding structures 42s at least up to 20%, preferably at least 30%, more preferably at least 40%, particularly preferably at least 50%, of the average height Hs of all structures 42s.
  • the structures 42s generally all have different heights Hs, the overlap relating to an average height.
  • Individual structures 42s can thus exist which, with an average coverage of, for example, 50%, still protrude more than 50% from the second layer 43.
  • other structures 42s are covered by the second layer 43 by more than 50%, so that an average degree of coverage of, for example, 50% results.
  • the second layer 43 can also completely cover the structures 42s protruding from the first layer 42. In the case of carbide grains in a metal-ceramic composite material, these grains can reach heights Hs of approximately 100 pm.
  • the device 1 shows a further embodiment of the device 1 according to the invention for laser deposition welding with a material removal unit 7 for removing the structures 42s also protruding from the second layer 43, which is provided to remove those protruding from the second layer 43 if the first layer 42 is not completely covered To at least partially remove structures 42s of the first layer 42.
  • the material removal unit 7 is, for example, a laser melting or laser ablation unit, the material removal unit 7 being arranged on the laser cladding unit 2 behind the laser cladding welding head 3 in the feed direction VR of the laser cladding head 3.
  • the structures 42s of the first layer 42 protruding from the second layer 43 are vaporized or melted by the material removal unit 7 and are thus removed to such an extent that they no longer protrude from the second layer 43.
  • the needles 42s remain only stumps remain in the second layer 43, so that the surface of the second layer 43 has a low surface roughness after the post-processing by the material removal unit 7.
  • the laser deposition welding head 3 is used as the material removal unit 7.
  • the 4 shows a further embodiment of the device 1 according to the invention for laser deposition welding with a material removal unit 7 for removing the second layer 43, which completely covers the protruding structures 42s, the second layer 43 being only partially removed until the structures 42s are reached, but over the entire surface .
  • the material removal unit 7 can be a grinding unit or a milling unit.
  • the material removal unit is designed to stop the removal when at least the highest or some of the highest structures 42s protruding from the surface of the first layer 42 are reached by the material removal unit 7 as a result of the removal process.
  • the material removal unit 7 comprises a sensor 71 which, during the removal process, detects a transition U between the sole removal of the material with the second hardness H2 to an at least partial removal of the structures 42s with the first hardness Hl, for which it detects the mechanical, optical changes at the transition U and / or recognizes acoustic properties of the material to be removed.
  • the sensor 71 can be, for example, a force sensor, a torque sensor, a speed sensor, a surface roughness sensor, an optical sensor or an acoustic sensor.
  • at least one third layer 44 is applied between the component 4 and the first layer 42, where the device 1 is also designed to be applied. This third layer 44 can also be present in all other exemplary embodiments.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the device 1 according to the invention for laser cladding with material removal unit 7 using several laser cladding heads 3 for (quasi-) simultaneous application of the material M to components 4 with a planar surface 41 Material M and with laser radiation L for performing the laser deposition welding.
  • the laser weld points 31 generate build-up weld tracks MS with a material width along the feed direction VR on the surface 41, in which a first offset RI of adjacent laser weld points 31 between 10% and 90%, is preferably between 40% and 60%, particularly preferably 50%, of the material width of the build-up weld trace MS.
  • the adjacent laser welding points 31 on the surface 41 of the component 4 have a second offset R2 to one another in the feed direction VR.
  • the brake disc 4 could be mounted on a turntable by means of the screw holes (four points around the center), via which the brake disc 4 is rotated about the axis of rotation D.
  • the circular surface 41 is rotated around the axis of rotation D under the laser cladding welding heads 3, so that their laser welding point 31 on the circular surface 41 with the laser cladding welding head 3 at rest would circle over the surface 41, and the laser cladding welding heads 3 are moved simultaneously in the direction of the axis of rotation D, so that the material M is applied in terms of area to the circular surface 41 in a spiral-shaped build-up welding track MS.
  • the material removal unit 7 extends over the entire radius of the surface 41 and, if necessary, moves subsequently over the surface 41 analogously to the laser welding points 31.
  • at least one of the multiple laser cladding welding heads 3 can also be designed to be operated as a material removal unit 7.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the device 1 according to the invention for laser deposition welding with material removal unit 7 using several laser deposition welding heads 3 for (quasi) simultaneous application of the material M to components 4 with a cylindrical surface 41 in the example as a shaft for rotationally symmetrical components 4 with dynamic behavior the laser welding points 31 during the laser deposition welding of a device 1 according to the invention in this embodiment with three laser welding heads 3 and a material removal unit 7.
  • the three laser welding heads 3 apply (quasi) simultaneously material M to the surface 41 of the component 4, wherein the laser cladding welding heads 3 each generate a laser welding point 31 on the surface 41 of the component 4 and adjacent laser welding points a first offset RI to one another perpendicular to a feed direction VR of the laser welding points 31 on the surface 41 of the Ba own uteils 4.
  • each laser cladding welding head 3 carries the cladding weld trace MS generated by it, at least partially overlapping with the adjacent cladding weld traces MS generated by the other laser welding heads 3, so that the material M is applied flatly on the surface 41.
  • the adjacent laser welding points 31 on the surface 41 of the component 4 have a second offset R2 to each other in the feed direction VR, on the one hand to be able to control the heat transfer to adjacent build-up weld tracks MS and, on the other hand, to avoid having to arrange the laser build-up welding heads 3 too close to one another for geometric reasons .
  • the shaft 4 comprises a rotationally symmetrical surface 41 with an axis of rotation D parallel to the surface 41 on which the material is applied.
  • the rotationally symmetrical surface 41 preferably the cylindrical surface of the shaft 4, is rotated about the axis of rotation RB under the three laser cladding heads 3, so that their laser welding point 31 on the rotationally symmetrical surface 41, when the laser cladding head 3 is stationary, cross the surface 41 in a circle would; and the laser cladding welding heads 3 are moved in the feed direction VR parallel to the axis of rotation RB, so that the material M is applied in terms of area to the rotationally symmetrical surface 41 in a spiral-shaped cladding welding track MS.
  • the material removal unit 7 extends over the entire radius of the surface 41 and, if necessary, moves analogously to the laser weld points 31 subsequently over the surface 41 %, particularly preferably 50%, of the material width MB of the build-up weld track MS.
  • the second offset R2 is set such that the temperature profiles induced by the laser weld points 31 on the surface 41 overlap to such an extent that the material M still has a residual heat that is useful / beneficial for the process in an overlapping area of adjacent build-up weld tracks MS.
  • at least one of the multiple laser deposition welding heads 3 can also be designed to be operated as a material removal unit 7.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the method according to the invention for operating the device according to the invention for laser cladding according to one of the preceding claims with a laser cladding unit 2 with at least one laser cladding head 3 arranged thereon for applying material M in the form of one or more adjacent cladding tracks MS on a surface 41 of a Component 4 for producing material layers 42, 43, 44 resulting therefrom, one or more material sources 5 for supplying the laser deposition welding head 3 with the material M to be applied and a Laser beam source 6 for supplying the laser deposition welding head 3 with laser light L for performing the laser deposition welding and a material removal unit 7 for processing the applied material, comprising the following steps of applying 110 at least one first layer 42 made of a material, the structures protruding from the surface 41 of the first layer 42 42s with a first hardness Hl; of applying 120 a second layer 43 made of a material with a second hardness H2 less than the first hardness Hl, a layer thickness D43 of the second layer 43 being dimensioned
  • the ablation 130 of the structures 42s can be carried out by the material ablation unit 7 evaporating or melting the structures 42s; the laser cladding head 3 is preferably used as the material ablation unit 7 for this.
  • the removal 140 of the second layer 43 is carried out by the material removal unit 7 removing the second layer 43 over the entire area at least until the structures 42s are reached, the removal 140 of the second layer 43 being stopped 150 if at least the highest or some of the highest structures 42s protruding from the surface of the first layer 42 are reached by the material removal unit 7 as a result of the removal process 130.
  • the method comprises the further step of recognizing 160 a transition U in the removal process 140 between the sole removal of the material with the second hardness H2 to an at least partial removal of the structures 42s with the first hardness Hl by means of a sensor 71 of the material removal unit 7 not yet reached ("N"), the removal process is continued. If, on the other hand, the transition is reached ("Y"), the removal process is stopped.
  • the sensor 71 can detect the changing mechanical, optical and / or acoustic properties of the material to be removed at the transition U.
  • the method before applying 110 the first layer 42, the method comprises the further step of applying 170 a third layer 44 or further layers to the component 4, to which the first layer 42 is then applied.
  • the material removal unit 7 moves analogously to the laser welding head 3 over the surface 41 of the component 4.
  • the time of the laser deposition welding process can be shortened by using several laser welding heads 3 in the device 1 for (quasi) simultaneous material application, all laser welding heads 3 in the device 1 being supplied with the material M to be applied and with laser radiation L for performing the laser deposition welding.
  • the product produced with the method according to the invention is a component 4 ′ with a surface 41 to which a first layer 42 made of a material M, which comprises structures 42s protruding from the surface of the first layer 42 and having a first hardness Hl, is applied, and A second layer 43 made of a material M with a second hardness H2 less than the first hardness Hl is applied to the first layer 42, the second layer 43 at least partially covering the structures 42s protruding from the first layer 42 and a surface of the second layer 43 or the structures 42s were designed after the application of the first and second layers 42, 43 in such a way that the structures 42s no longer protrude from the second layer 43.
  • a first layer 42 made of a material M which comprises structures 42s protruding from the surface of the first layer 42 and having a first hardness Hl
  • a second layer 43 made of a material M with a second hardness H2 less than the first hardness Hl is applied to the first layer 42, the second layer 43 at least partially covering
  • the first hardness of the structures protruding from the first layer is the first hardness of the structures protruding from the first layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Confectionery (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Laserauftragschweißen, ein Verfahren (100) zum Betreiben einer solchen Vorrichtung sowie ein Bauteil (4') hergestellt mit solchem Verfahren und/oder solcher Vorrichtung mit einer Laserauftragschweißeinheit (2) mit zumindest einem darauf angeordneten Laserauftragschweißkopf (3), einer oder mehrerer Materialquellen (5) zur Versorgung des Laserauftragschweißkopfs mit einem aufzutragenden Material (M) und einer Laserstrahlquelle (6) zur Versorgung des Laserauftragschweißkopfes mit Laserlicht (L) zur Durchführung des Laserauftragschweißens, wobei die Vorrichtung dazu ausgestaltet ist, das Auftragen von Materialschichten (42, 43, 44) aus benachbarten Auftragschweißspur (MS) auf eine Oberfläche (41) eines Bauteils (4) in Form von mindestens einer ersten Schicht (42) aus einem Material (M), das aus der Oberfläche der ersten Schicht herausragende Strukturen (42s) mit einer ersten Härte (H1) umfasst und einer darauf aufgetragenen zweiten Schicht (43) aus einem Material (M) mit einer zweiten Härte (H2) kleiner der ersten Härte auszuführen, wobei der Auftragungsvorgang so gesteuert ist, dass die zweite Schicht die aus der ersten Schicht herausragenden Strukturen zumindest teilweise überdeckt.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM HERSTELLUNG UND NACHBEARBEITEN VON SCHICHTEN AUFGETRAGEN DURCH LASERAU FTRAGSCH WEISSEN
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laserauftragschweißen, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung sowie ein Bauteil hergestellt mit solcher Vorrichtung und/oder solchem Verfahren.
Hintergrund der Erfindung
Laserauftragschweißen ist ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung (z.B. Beschichtung, Reparatur) und zur additiven Fertigung von Bauteilen mit draht- oder pulverförmigen Zusatzwerkstoffen. Aufgrund der größeren Robustheit gegenüber Justagefehlem bei der Prozesseinrichtung und der größeren Flexibilität bei der Werkstoffauswahl werden überwiegend pulverförmige Zusatzwerkstoffe eingesetzt. Das Pulver wird dabei in ein durch einen Laserstrahl erzeugtes Schmelzbad auf einer Oberfläche eines Bauteils unter einem definierten Winkel mittels einer Pulverdüse eingebracht. Bei der Wechselwirkung von Laserstrahlung und Pulverpartikeln oberhalb des Schmelzbades wird ein Teil der Laserstrahlung vom Pulver absorbiert. Der nicht absorbierte Anteil wird (mehrfach-)reflektiert oder transmittiert. Der durch die Pulverpartikel absorbierte Strahlungsanteil fuhrt zu einer Erwärmung der Pulverpartikel, durch den transmittierten Strahlungsanteil wird das Schmelzbad erzeugt. Je nach Grad der Erwärmung der Partikel in der Strahl-Stoff-Wechselwirkungszone sind die Partikel des Zusatzwerkstoffes vor Eintritt in das Schmelzbad fest und/oder partiell oder vollständig flüssig.
Wird nun das Bauteil gegenüber dem Laser und der Pulverzufuhr bewegt, so bewegt sich das Material des Schmelzbades aus dem Einflussbereich der Laserstrahlung heraus und erstarrt zur Schicht. Die Voraussetzung zur Herstellung von defektfreien, schmelzmetallurgisch angebundenen Schichten besteht darin, eine Prozesswärme zur Verfügung zu stellen, die ausreicht um einen Temperatur-Zeit-Zyklus zu initiieren, der sowohl ein Aufschmelzen des Substrates als auch des Zusatzwerkstoffes gewährleistet. Abhängig von der Laserleistung und der Einstellung weiterer Verfahrensparameter (bspw. Vorschubgeschwindigkeit, Spurabstand, Strahldurchmesser, Materialzufuhr, etc.) findet daher eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Durchmischung von Zusatzwerkstoff und Bauteilwerkstoff statt. Das Pulver kann seitlich oder koaxial in das Schmelzbad injiziert werden.
Mit der üblichen Verfahrensführung lassen sich Vorschubgeschwindigkeiten, d. h. Relativgeschwindigkeiten des Bauteils gegenüber dem Laserstrahl, typischerweise zwischen 0,2 m/min und 2 m/min erreichen. Bei dem in DE 102011 100456 B4 offenbarten Verfahren, wird das zugeführte Material bereits oberhalb der Oberfläche mittels eines entsprechend fokussierten Laserstrahls mit hoher Leistung aufgeschmolzen, sodass es bereits im geschmolzenen Zustand das Schmelzbad auf der Oberfläche des Bauteils erreicht, was eine schnellere Bearbeitung des Bauteils durch weiter erhöhte Vorschubgeschwindigkeiten im Bereich > 150 m/min ermöglicht. Mit dem Verfahren gemäß DE 102011 100456 B4 ist zwar nun die Flächenrate größer (damit die Beschichtungsdauer kleiner) als bei der konventionellen Verfahrensführung, trotz größerer Flächenrate liefert DE 10 2011 100 456 B4 keine Ansätze zur Vergrößerung der Auftragrate (aufgetragene Menge an Pulver pro Zeiteinheit).
Die Materialien werden abhängig von der räumlichen Ausdehnung des Schmelzbades in breiteren oder weniger breiten Auftragschweißspuren mit einer über die Breite der Auftragschweißspur variierenden Dicke aufgetragen. Der Querschnitt einer solchen Auftragschweißspur senkrecht zur Vorschubrichtung, in die sich der Laserstrahl über das Bauteil bewegt, ist in der Regel kuppelformig mit einer maximalen Schichtdicke in der Mitte der Auftragschweißspur und eine in Richtung Null abnehmende Dicke zu den Rändern der Auftragschweißspur. Bei einem flächenmäßigen Aufträgen von Material mittels Laserauftragschweißen werden die Auftragschweißspuren nebeneinander aufgetragen, wobei sich dieser zumindest teilweise überlappen können. Die resultierende Schichtdicke des flächenmäßig als Schicht aufgetragenen Materials variiert über die einzelnen Auftragschweißspuren. Hinzu kommt, dass durch die Schmelzbadbewegung sowie anhaftende, nur teilweise aufgeschmolzene Pulverpartikel eine i.d.R. große Oberflächenrauhigkeit (im Vergleich zu konventionellen Herstellverfahren, bspw. Drehen, Fräsen, Schleifen) entsteht. Sofern als Endprodukte eine ebene Schicht aus aufgetragenem Material gewünscht ist, muss die aufgetragene Schicht nachbearbeitet werden.
Diese Nachbearbeitung ist aufwändig. Je nach Welligkeit und Rauheit der Schicht muss zum Glätten gegebenenfalls viel aufgetragenes Material wieder entfernt werden. Insbesondere bei harten Schichten oder harten Körnern in Verbundschichten verursacht das konventionelle Glätten einen zeitaufwändigen Nachbearbeitungsschritt, der gegebenenfalls die Glättungsmittel mechanisch stark abnutzen kann und damit die Werkzeugkosten erhöht.
Insbesondere bei Schichtsystemen, die Hartstoffpartikel beinhalten, kann der Kostenanteil der verschlissenen Glättungsmittel einen beträchtlichen Teil der Wertschöpfungskette betragen. Es wäre daher wünschenswert, wenn man den Nachbearbeitungsaufwand einfach, zuverlässig und weniger verschleiß intensiv gestalten könnte.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen effektiven Laserauftragsschweißprozess zur Verfügung zu stellen, der einen einfachen, zuverlässigen und weniger verschleißintensiven Nachbearbeitungsaufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Laserauftragschweißen mit einer Laserauftragschweißeinheit mit zumindest einem darauf angeordneten Laserauftragschweißkopf, einer oder mehrerer Materialquellen zur Versorgung des Laserauftragschweißkopfs mit einem aufzutragenden Material und einer Laserstrahlquelle zur Versorgung des Laserauftragschweißkopfes mit Laserlicht zur Durchführung des Laserauftragschweißens, wobei die Vorrichtung dazu ausgestaltet ist, das Aufträgen von Materialschichten aus benachbarten Auftragschweißspur auf eine Oberfläche eines Bauteils in Form von mindestens einer ersten Schicht aus einem Material, das aus der Oberfläche der ersten Schicht herausragende Strukturen mit einer ersten Härte umfasst und einer darauf aufgetragenen zweiten Schicht aus einem Material mit einer zweiten Härte kleiner der ersten Härte auszuführen, wobei der Auftragungsvorgang so gesteuert ist, dass die zweite Schicht die aus der ersten Schicht herausragenden Strukturen zumindest teilweise überdeckt.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Zunächst sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein“, „zwei“ usw. im Regelfall als „mindestens“- Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...“, „mindestens zwei...“ usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich oder technisch zwingend ist, dass dort nur „genau ein...“, „genau zwei...“ usw. gemeint sein können.
Der Begriff „Laserauftragschweißen“ bezeichnet alle Verfahren, bei denen ein durch einen Laserauftragschweißkopf in Richtung des zu bearbeitenden Bauteils hindurchtretendes Material, beispielsweise ein pulverformiges Material, mittels eines Laserstrahls, der ebenfalls durch den Laserauftragschweißkopf in Richtung des zu bearbeitenden Bauteils durch das Material geführt ist, in einem vom Laserstrahl auf der Oberfläche des Bauteils erzeugten Schmelzbad aufgeschmolzen wird und so auf die ebenfalls durch den Laserstrahl angeschmolzene Oberfläche des Bauteil aufgetragen wird. Das nachfolgend erstarrte Material verbleibt dort als mit der Oberfläche verschweißtes Material in Form eine Auftragschweißspur. Werden die Auftragschweißspuren nebeneinander oder sogar zumindest teilweise überlappend aufgebracht, so kann das Bauteil flächig mit Material in Form einer Schicht aus diesem Material beaufschlagt werden. Der Laserauftragschweißkopf umfasst dabei beispielsweise einer Optik für den Laserstrahl sowie eine Pulverzuführdüse inklusive Justageeinheit für das aufzutragende Material, gegebenenfalls mit einer integrierten, lokalen Schutzgaszufuhr. Hierbei kann der Laserstrahl auch so geführt sein, dass das Material bereits im Laserstrahl aufgeschmolzen wird, beispielsweise durch einen Laserstrahl, der einen Fokuspunkt oberhalb der Oberfläche des Bauteils aufweist.
Der Begriff „Laserauftragschweiß einheit“ bezeichnet eine Komponente, die den oder die Laserauftragschweißköpfe umfasst. Hierbei können der oder die Laserauftragschweißköpfe beispielsweise auf einer Trägerplatte der Laserauftragschweiß einheit befestigt sein. Die Befestigung kann vorzugsweise so ausgeführt sein, dass sich bei mehreren Laserschweißköpfen die Laserauftragschweißköpfe relativ zueinander bewegen können. Außerdem kann die Laserauftragschweißeinheit als Ganzes räumlich beweglich in der Vorrichtung angeordnet sein, beispielsweise auf einer Verstelleinheit der Vorrichtung. Als Ausfiihrungsform kann die Laserauftragschweißeinheit auf einem Roboterarm angeordnet sein, der mittels geeigneter Verfahrkurven die Laserauftragschweißeinheit beliebig räumlich bewegen kann. Die Anzahl der Laserauftragschweißköpfe beträgt hier mindestens eins. Es können daher auch zwei, drei, vier, fünf oder mehr Laserauftragschweißköpfe von der Laserauftragschweißeinheit umfasst sein. Wie viele Laserauftragschweißköpfe in der Vorrichtung vorhanden sein können, ist in der Regel ein geometrisches Problem und wird durch die Größe der Laserauftragschweißköpfe und das zu bearbeitende Bauteil bestimmt.
Der Begriff „Laserauftragschweißkopf bezeichnet die Einheit, die mittels des durch sie hindurchgeleiteten Laserstrahl einen Laserschweißpunkt auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Bauteils erzeugt, und die das ebenfalls durch sie hindurchtretende Material im Laserstrahl auf dem Weg zur Oberfläche des Bauteils aufschmilzt, sodass es beim Auftreffen auf die Oberfläche des Bauteils mit diesem verschweißt wird. Der Begriff „Laserschweißpunkt“ bezeichnet den räumlichen Ort auf der Oberfläche des Bauteils, auf dem das aufgeschmolzene Material mittels Laserauftragschweißen auf die Oberfläche aufgetragen wird. Der Laserschweißpunkt kann dabei auch als Schmelzgebiet des aufgetragenen Material bezeichnet werden, in dem das mittels Laserlicht aufgeschmolzene Material auf die Oberfläche des Bauteils trifft.
Das aufgetragene Material kann beispielsweise in Pulverform für das Laserauftragschweißen bereitgestellt werden. Hierbei kann als Material jedes für das Laserauftragschweißen geeignete Material verwendet werden. Beispielsweise kann das Material Metalle und/oder Metall- Keramik-Verbundwerkstoffe (sogenannten MMCs) umfassen oder daraus bestehen. Der Fachmann kann die für den jeweiligen Laserauftragschweißprozess geeigneten Materialen auswählen. Hierbei kann das Material aus einer einzigen Fördereinheit den Laserköpfen zugeführt werden. Die Vorrichtung kann aber auch mehrere Fördereinheiten umfassen, wodurch die Laserauftragschweißköpfe mit unterschiedlichen Materialien versorgt werden können, sodass die von unterschiedlichen Laserauftragschweißköpfen erzeugten Auftragschweißspuren gleiche oder unterschiedliche Materialien umfassen können oder es kann die Materialzufuhr zu einem oder mehreren Laserauftragschweißköpfen während des Laserauftragschweißens von einer Fördereinheit zu einer anderen Fördereinheit mit einem anderen Material geändert bzw. umgeschaltet werden. Aus nebeneinander zumindest teilweise überlappend aufgetragenen Materialspuren werden Materialschichten hergestellt. Wie viele nebeneinander angeordnete Materialspuren benötigt werden, um eine Oberfläche des Bauteils mit einer Materialschicht zu versehen, hängt unter anderem von der Materialbreite der jeweiligen Materialspur ab. Die Materialbreite wird durch die Einzelheiten der Ausgestaltung der Laserauftragschweißköpfe bestimmt, wie beispielsweise Materialstrahlbreite, Laserenergie, Ausdehnung des Laserfokus und/oder Prozessgeschwindigkeit. Die Laserstrahlung wird mittels einer oder mehrere Laserstrahlquellen bereitgestellt. Der Fachmann kann geeignete Laserstrahlquellen für das Laserauftragschweißen auswählen.
Der Begriff „auf der Oberfläche des Bauteils“ bezeichnet dabei die momentane Oberfläche des Bauteils zum Zeitpunkt, wo der jeweilige Laserschweißpunkt die Oberfläche überstreicht. Die Oberfläche des Bauteils braucht dabei nicht die ursprüngliche Oberfläche des Bauteils vor Beginn des Laserauftragschweißens sein. Die Oberfläche des Bauteils kann auch die Oberfläche einer bereits aufgetragenen Auftragschweißspur oder einer Schicht aus aufgetragenen Material darstellen, da diese nach erfolgtem Aufträgen mit der vorherigen Oberfläche verschweißt ist und somit selbst die Oberfläche des Bauteils für nachfolgende Auftragschweißspuren darstellt.
Als die „herausragenden Strukturen“ wird hier die Textur der Oberfläche bezeichnet, die von einer idealen ebenen Oberfläche abweicht. Die Textur kann dabei in Form einer Oberflächenrauhigkeit zahlenmäßig bestimmt werden. Diese Strukturen können sich zum Teil innerhalb der ersten Schicht befinden und ragen nur mit einem Teil ihrer Struktur aus der ersten Schicht heraus, wobei die vorliegende Erfindung nur den Teil der Strukturen betrachtet, der tatsächlich aus der ersten Schicht herausragt. Der Teil der Strukturen, der bereits von der ersten Schicht umhüllt ist, ist für eine Nachbearbeitung der aufgetragenen Schichten nicht von Belang. Solche herausragenden Strukturen können beispielsweise beim Aufträgen von Verbundwerkstoffe durch ein darin enthaltenes zweites Material entstehen. In einer Ausführungsform umfasst die erste Schicht ein Verbundmaterial umfassend ein Matrixmaterial mit dritter Härte kleiner der ersten Härte, vorzugsweise besteht die erste Schicht aus dem Verbundmaterial und die Strukturen sind in dem Matrixmaterial zumindest teilweise eingebettet. Hierbei kann das Verbundmaterial ein Metall-Keramik-Verbundwerkstoff sein, der Körner enthält, die die Strukturen bilden. Beispielsweise sind solche Körner Carbitkömer. Solche Materialien zeichnen sich insbesondere durch ihre hohe Abriebfestigkeit aus und können beispielsweise als Bremsbeläge verwendet werden. Hier entstehen auf der Oberfläche einer solchen mit Laserauftragschweißen hergestellten Schicht beispielsweise Nadel aus einem Karbid-, Nitrid-, Oxid- o.ä. Material, deren Höhe bis zu der Hälfte der aufgetragenen Schicht betragen kann, während der Durchmesser der Nadel deutlich kleiner als deren Höhe ist.
In einer Ausführungsform ist das Material der zweiten Schicht ein Metall oder eine Metalllegierung. Schichten aus Metall lassen sich einfach und definiert nachbearbeiten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Material der zweiten Schicht das Matrixmaterial der ersten Schicht. Dadurch lässt sich ein guter Materialverbund zwischen erster und zweiter Schicht herstellen, da sich die erste Schicht von der zweiten Schicht nur durch das Vorhandensein der aus der ersten Schicht herausragenden Strukturen unterscheidet.
Durch die zumindest teilweise Überdeckung dieser herausragenden Strukturen wird die Oberflächenrauhigkeit gegenüber Bauteilen mit lediglich einer aufgetragenen ersten Schicht mit solchen Strukturen vermindert. Hierbei besitzen die Strukturen jeweils einen höchsten Punkt und in einem Tal zwischen benachbarten Strukturen die angrenzenden Strukturen jeweils einen ihnen zugeordneten tiefsten Punkt, wobei eine Entfernung zwischen dem höchsten und tiefsten Punkt der jeweiligen Struktur deren Höhe darstellt und die zweite Schicht die aus der ersten Schicht herausragenden Strukturen mindestens bis 20%, vorzugsweise mindestens 40%, bevorzugter mindestens 60% besonders bevorzugt mindestens 80%, der durchschnittlichen Höhe aller Strukturen überdeckt. In einer Ausführungsform überdeckt die zweite Schicht die aus der ersten Schicht herausragenden Strukturen vollständig. Dadurch, dass die zweite Schicht aus einem Material besteht, dessen Härte geringer ist als die der herausragenden Strukturen, wird eine Nachbearbeitung des Bauteils erleichtert bzw. bei nur geringer Höhe der effektiv aus der zweiten Schicht ebenfalls herausragenden Strukturen unnötig, da in diesem Fall die resultierende Oberflächenrauhigkeit möglicherweise bereits den Anforderungen an das beschichtete Bauteil als das Produkt entspricht. Bei vollständiger Abdeckung der aus der ersten Schicht herausragenden Strukturen entspricht die Oberflächenrauhigkeit des beschichteten Bauteils der der Oberfläche der zweiten Schicht. Dadurch, dass die zweite Schicht eine geringe Härte besitzt, kann mittels Nachbearbeitung leicht der Bereich der zweiten Schicht, der über die Strukturen heraussteht, abgetragen werden, damit die Strukturen zwar nicht die Oberflächenrauhigkeit des beschichteten Bauteils bestimmen, dennoch die Festigkeit der Gesamtschicht aus erster und zweiter Schicht wesentlich beeinflussen. Bauteile mit vollständig überdeckender zweiter Schicht können beispielsweise als oder in Bohrköpfen zur Verbesserung des äußeren Verschleiß Schutzes verwendet werden. Bauteile mit nicht vollständig überdeckender zweiter Schicht können beispielsweise als Bremsscheiben verwendet werden, da die durch die Strukturen und die zweite Schicht bereitgestellte Friktion ausreicht. Die Bezeichnungen „errste Schicht“ und „zweite Schicht“ sollen nicht bedeuten, dass zwischen „erster Schicht“ und der Oberfläche des Bauteils nicht noch weitere Schichten angeotdnet sein können. Beispielsweise könnte eine „dritte Schicht“ oder weitere Schichten zwischen erster Schicht und Bauteil angeordnet sein.
Die Vorrichtung kann des Weiteren eine Kontrolleinheit zur Kontrolle des Laserauftragsschweißprozesses und gegebenenfalls des Nachbearbeitens umfassen, die jede dafür geeignete Kontrolleinheit sein kann, beispielsweise ein Prozessor oder eine Rechnereinheit, auf der ein entsprechendes Kontrollprogramm installiert ist und während des Laserauftragschweißens und/oder Nachbearbeiten ausgeführt wird.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Ausführung eines effektiven Laserauftragsschweißprozesses ermöglicht, der einen einfachen, zuverlässigen und weniger verschleiß intensiven Nachbearbeitungsaufwand ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung des Weiteren eine Materialabtragungseinheit, die dazu vorgesehen ist, bei nicht vollständiger Überdeckung der ersten Schicht die aus der zweiten Schicht herausragenden Strukturen der ersten Schicht zumindest teilweise abzutragen, oder bei vollständiger Überdeckung der Strukturen der ersten Schicht durch die zweite Schicht dann die zweite Schicht teilweise abzutragen.
Der Begriff , aterialabtragungseinheit“ bezeichnet jede Form von Abtragungseinheiten, mit denen Material einer Schicht von dieser Schicht abgetragen werden kann, ohne dabei die Schicht vollständig von den darunter befindlichen Schichten abzulösen. Der Materialabtragungsprozess kann dabei mechanisch, thermisch, chemisch oder auf andere Art und Weise durchgeführt werden. In einer Ausführungsform ist die Materialabtragungseinheit eine Schleifeinheit, eine Fräseinheit oder eine Laserschmelz- oder Laserablationseinheit. Die Materialabtragungseinheit kann separat von der Laserauftragschweißeinheit oder mit dieser verbunden oder in dieser integriert angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Materialabtragungseinheit auf der Laserauftragsschweißeinheit in Vorschubrichtung des Laserauftragschweißkopf gesehen hinter dem Laseraustragschweißkopf angeordnet. Damit kann der Materialabtragungsprozess im gleichen Arbeitsschritt wie der Laserauftragschweißvorgang ausgeführt werden. Gegebenenfalls kann die Restwärme des Laserauftragschweißvorgangs ausgenutzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform werden die aus der zweiten Schicht herausragenden Strukturen der ersten Schicht dadurch zumindest teilweise abgetragen, indem diese durch die Materialabtragungseinheit verdampft oder aufgeschmolzen werden. Die Materialabtragungseinheit kann hierbei als eine optische Einheit ausgeführt sein, die einen Laserstrahl auf die Oberfläche der zweiten Schicht lenken kann, damit die noch aus der zweiten Schicht herausragenden Strukturen der ersten Schicht thermisch geglättet werden. Sie kann dafür Linsen, Spiegel, Lichtleiter oder anderen optische Komponenten umfassen, die gegebenenfalls gekühlt oder mit Schutzgas beaufschlagt werden können. Diese thermische Glättung erfolgt beispielweise über Aufschmelzen und nachfolgendes Zerfließen zu einer glatteren Oberfläche oder Verdampfen der Strukturen. Hierbei bewirkt die Materialabtragungseinheit eine Glättung der Oberfläche, indem der Glättungsprozess zumindest manche der Strukturen so umwandelt, dass diese durch den Glättungsprozess verschwinden oder zumindest in Richtung einer idealeren Oberfläche hin verkleinert werden. Somit verkleinert die Glättung durch die Materialabtragungseinheit die Oberflächenrauhigkeit der nachbehandelten Oberfläche der zweiten Schicht. Durch den Laserstrahl werden thermisch bevorzugt die Strukturen betroffen, die den größten Anteil an der Oberflächentextur oder- Oberflächenrauhigkeit der nachzuarbeitenden Oberfläche der zweiten Schicht haben. Bei der Nachbearbeitung kann ein Verdampfen immer dann besonders effektiv und ortsgenau durchgeführt werden, wenn die zu verdampfenden Strukturen schmal und hoch sind, sodass die thermische Leitfähigkeit der Strukturen im Vergleich zur Schicht des aufgetragenen Materials als ausgedehnter Körper deutlich geringer ist. Hierbei kann das Verdampfen der jeweiligen Struktur teilweise oder vollständig erfolgen. Dies ist beispielsweise gerade bei Metall- Keramik- Verbundwerkstoffe mit Körnern in Form von Nadeln aus Karbid-, Nitrid-, Oxid- o.ä. Material, bei denen der Durchmesser der Nadel deutlich kleiner als deren Höhe, mit der sie noch aus der zweiten Schicht herausragen. Da die zweite Schicht die Strukturen bereits zumindest teilweise überdeckt, ist der zu verdampfenden oder aufzuschmelzende Teil der Strukturen kleiner als die Höhe der Strukturen, mit denen diese aus der ersten Schicht herausragen. Durch die dünne Form der Strukturen kann die durch den Laserstrahl injizierte Energie nicht schnell genug über die Struktur in die zweite Schicht abfließen, sodass es zu einer starken Erwärmung der Rest-Nadeln kommt, dass diese verdampfen, ohne dabei die aufgetragene zweite Schicht zu stark zu erwärmen. Ein entsprechend über die Oberfläche geführter Laserstrahl verdampft damit die noch herausstehenden Strukturen und glättet die Oberfläche damit deutlich. Der Laserstrahl glättet hierbei die Oberfläche in einem kontinuierlichen Prozess, bei dem die Strukturen nicht gesondert erfasst werden, sondern je nach Länge in einem statistischen Prozess durch den Laserstrahl indurchtreten und damit geglättet oder verdampft werden. Bevorzugt wird dabei als Materialabtragungseinheit der Laserauftragschweißkopf verwendet, da die optischen Komponenten und die Lichtquelle bereits vorhanden sind und die Parameter des Laserstrahls und der Strahlführung nur noch auf den Materialabtragungszweck angepasst werden brauchen.
In einer alternativen Ausführungsform wird bei vollständiger Überdeckung der ersten Schicht durch die zweite Schicht diese durch die Materialabtragungseinheit vollflächig zumindest bis zum Erreichen der Strukturen abgetragen. Dazu kann die Materialabtragungseinheit beispielsweise als Schleif-, Fräs- oder eine andere mechanische Bearbeitungseinheit ausgeführt sein. Solche Materialabtragungseinheiten können je nach Auslegung die zweite Schicht großflächig abtragen, sodass der Nachbearbeitungsschritt effektiv und mit möglichst geringer Nachbearbeitungszeit ausgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Materialabtragungseinheit dazu ausgestaltet, das Abtragen zu stoppen, wenn zumindest die höchste oder einige der höchsten aus der Oberfläche der ersten Schicht herausragenden Strukturen von der Materialabtragungseinheit in Folge des Abtragungsvorgangs erreicht ist bzw. sind. Damit bestimmen die aus der ersten Schicht herausragenden Strukturen noch nicht die Oberflächenrauhigkeit der zweiten Schicht und damit die des beschichteten Bauteils, dennoch beeinflussen diese die Festigkeit der Gesamtschicht aus erster und zweiter Schicht wesentlich, was zur Beständigkeit des Gesamtschichtpakets wesentlich beiträgt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Materialabtragungseinheit einen Sensor, der beim Abtragungsvorgang einen Übergang zwischen der alleinigen Abtragung des Material mit zweiter Härte zu einer zumindest teilweisen Abtragung des Strukturen mit erster Härte erkennt. Der Sensor kann dabei jede dafür geeignete Technologie verwenden, um beispielsweise zwischen einem weicheren Material (zweite Schicht) und einem härteren Material (besagte Strukturen der ersten Schicht), einer Veränderung der Oberflächenstruktur, Oberflächenrauhigkeit und/oder anderen Eigenschaftsunterschieden zwischen erster und zweiter Schicht zu unterscheiden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor dazu ausgestaltet, die sich am Übergang ändernden mechanischen, optischen und/oder akustischen Eigenschaften des abzutragenden Materials zu erkennen. Dazu kann der Sensor ein Kraftsensor, ein Drehmomentsensor, ein Drehzahlsensor, ein Oberflächenrauhigkeitssensor, ein optischer, taktiler, kapazitiver, induktiver oder akustischer Sensor sein.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mehrere Laserauftragschweißköpfe zum (quasi-) simultanen Aufträgen von Material auf eine Oberfläche des Bauteils, die alle in der Vorrichtung mit dem aufzutragenden Material und mit Laserstrahlung zur Durchführung des Laserauftragschweißens versorgt werden. Der Begriff „(quasi-) simultanes Aufträgen“ bezeichnet den Prozess des Laserauftragschweißen, wobei pro Laserauftragschweißkopf separate Auftragschweißspuren gleichzeitig (im Vor- oder Nachlauf) mit anderen Auftragschweißspuren mittels anderen Laserauftragschweißköpfen auf die Oberfläche aufgetragen werden. Dieses (quasi-) simultane Aufträgen erfolgt zeitgleich, dabei aber jeweils an anderen Positionen auf dem Bauteil, also an unterschiedlichen Orten auf dem Bauteil. Damit steigt das pro Zeiteinheit auf die Oberfläche aufgetragene Material proportional mit der Anzahl der Laserauftragschweißköpfe. Die separaten Auftragschweißspuren können dabei aneinander angrenzen oder sich gegebenenfalls zumindest teilweise überlappen. Gegebenenfalls können die separaten Auftragschweißspuren auch direkt aufeinander aufgetragen werden. Durch das (quasi-) simultane Aufträgen von Material mittels mehrerer Laserauftragschweißköpfe wird ein noch effektiverer Laserauftragschweißprozess mit einer größeren Auftragsrate für verschiedenste Materialien bei geringer Prozesszeit für das Bauteil ermöglicht, als es nur mit einem Laserschweißkopf möglich wäre. Zur Erzielung einer kürzeren Prozesszeit braucht hierbei nicht die Vorschubgeschwindigkeit gegenüber bekannten Verfahren gesteigert werden, was die Qualität der aufgetragenen Schicht verbessert und Schichtfehler wie Rissbildung mittels einer prozessgerechten Vorschubgeschwindigkeit zu vermeiden hilft. Beispielsweise lassen sich bei einer Bearbeitung von Bremsscheiben mittels Laserauftragschweißen bisher übliche Bearbeitungszeiten von 3 - 15 Minuten auf unter 1 Minute reduzieren. In einer weiteren Ausfiihrungsform trägt jeder Laserauftragschweißkopf die durch ihn erzeugte Auftragschweißspur zumindest teilweise überlappend zu den benachbarten Auftragschweißspuren erzeugt durch die anderen Laserschweißköpfe auf, sodass das Material flächenförmig auf der Oberfläche aufgetragen wird.
In einer weiteren Ausführungsform erzeugen die Laserschweißpunkte Auftragschweißspuren mit einer Materialbreite entlang der Vorschubrichtung auf der Oberfläche, bei denen ein erster Versatz benachbarter Laserschweißpunkte zwischen 10% und 90%, vorzugsweise zwischen 40% und 60%, besonders bevorzugt 50%, der Materialbreite der Auftragschweißspur beträgt. Der Begriff „benachbarte Laserschweißpunkte“ bezeichnet zwei Laserschweißpunkte, die Auftragschweißspuren von auf der Oberfläche des Bauteils aufgebrachten Material erzeugen, die aneinander angrenzen und sich gegebenenfalls zur Herstellung einer flächenmäßigen Auftragung des Materials zumindest teilweise überlappen können. Benachbarte Laserschweißpunkte können von benachbarten Laserschweißköpfen erzeugt werden. Hierbei bezeichnen benachbarten Laserschweißpunkte und/oder Laserschweißköpfe nicht notwendigerweise Laserschweißpunkte oder Laserschweißköpfe, die den kleinsten geometrischen Abstand zueinander haben, sondern sind oder erzeugen diejenigen Laserschweißpunkte, die aneinander angrenzende Auftragschweißspuren erzeugen. Durch den zumindest ersten Versatz der benachbarten Laserschweißpunkte zueinander kann die Vorwärmung des Bauteils gezielt gesteuert werden, was die Verarbeitung von schwerschweißbaren Legierungen vereinfacht bzw. je nach Legierung erst ermöglicht. Durch den zumindest ersten Versatz mit geeigneter Größer wird auch der Nachbearbeitungsaufwand verringert.
In einer weiteren Ausführungsform besitzen die benachbarten Laserschweißpunkte auf der Oberfläche des Bauteils einen zweiten Versatz zueinander in Vorschubrichtung. Durch diesen zweiten Versatz der Laserschweißpunkte kann die Vorwärmung des Bauteils ebenfalls gezielt gesteuert werden, insbesondere im Zusammenspiel mit dem ersten Versatz, was die Verarbeitung von schwer-schweißbaren Legierungen noch weiter vereinfacht bzw. je nach Legierung erst ermöglicht. Durch den zweiten Versatz mit geeigneter Größer, insbesondere im Zusammenspiel mit dem ersten Versatz, wird auch der Nachbearbeitungsaufwand weiter verringert. Hierbei kann der Laserschweißkopf mit dem zweiten Versatz zur benachbarten Auftragschweißspur dazu verwendet werden, neben dem Aufträgen der eigenen Auftragschweißspur die benachbart aufgetragene Auftragschweißspur umzuschmelzen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu ausgestaltet, zwischen dem Bauteil und der ersten Schicht zumindest eine dritte Schicht aufzutragen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer erfmdungsgemäßen Vorrichtung zum Laserauftragschweißen mit einer Laserauftragschweißeinheit mit zumindest einem darauf angeordneten Laserauftragschweißkopf zum Aufträgen von Material in Form einer oder mehrerer benachbarter Auftragschweißspuren auf eine Oberfläche eines Bauteils zur Erzeugung von daraus resultierenden Materialschichten, einer oder mehrerer Materialquellen zur Versorgung des Laserauftragschweißkopfs mit dem aufzutragenden Material und einer Laserstrahlquelle zur Versorgung des Laserauftragschweißkopfes mit Laserlicht zur Durchführung des Laserauftragschweißens sowie einer Materialabtragungseinheit zum Bearbeiten des aufgetragenen Materials, umfassend nachfolgende Schritte:
Aufträgen zumindest einer ersten Schicht aus einem Material, das aus der Oberfläche der ersten Schicht herausragende Strukturen mit einer ersten Härte umfasst;
Aufträgen einer zweiten Schicht aus einem Material mit einer zweiten Härte kleiner der ersten Härte, wobei eine Schichtdicke der zweiten Schicht so bemessen ist, dass die zweite Schicht die aus der ersten Schicht herausragenden Strukturen zumindest teilweise überdeckt.
Mit dem erfmdungsgemäßen Verfahren wird ein Laserauftragschweißprozess effektiv ausgeführt, der einen einfachen, zuverlässigen und weniger verschleißintensiven Nachbearbeitungsaufwand ermöglicht.
In einer Ausführungsform des Verfahrens, wobei die Strukturen jeweils einen höchsten Punkt und in einem Tal zwischen benachbarten Strukturen die angrenzenden Strukturen jeweils einen ihnen zugeordneten tiefsten Punkt besitzen, wobei eine Entfernung zwischen dem höchsten und tiefsten Punkt der jeweiligen Struktur deren Höhe darstellt, wird das Aufträgen der zweiten Schicht solange durchgeführt, bis die zweite Schicht die aus der ersten Schicht herausragenden Strukturen mindestens bis 20%, vorzugsweise mindestens 30%, bevorzugter mindestens 40% besonders bevorzugt mindestens 50%, der durchschnittlichen Höhe aller Strukturen überdeckt, alternativ kann die zweite Schicht die aus der ersten Schicht herausragenden Strukturen auch vollständig überdecken. Im letzten Fall kann die Schichtdicke der zweiten Schicht auf größer als die Höhe der höchsten aus der ersten Schicht herausragenden Struktur betragen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren den weiteren Schritt:
Zumindest teilweises Abtragen der aus der zweiten Schicht herausragenden Strukturen der ersten Schicht durch eine Materialabtragungseinheit im Falle der nicht vollständigen Überdeckung der Strukturen durch die zweite Schicht, oder teilweises Abtragen der zweiten Schicht mittels der Materialabtragungseinheit bei vollständiger Überdeckung der Strukturen der ersten Schicht durch die zweite Schicht. In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Abtragen der Strukturen durchgeführt, indem die Materialabtragungseinheit die Strukturen verdampft oder aufschmilzt, vorzugsweise wird dafür als Materialabtragungseinheit der Laserauftragschweißkopf verwendet, beziehungsweise wird das Abtragen der zweiten Schicht durchgeführt, indem die Materialabtragungseinheit die zweite Schicht vollflächig zumindest bis zum Erreichen der Strukturen abträgt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren den weiteren Schritt:
Stoppen des Abtragens der zweiten Schicht, wenn zumindest die höchste oder einige der höchsten aus der Oberfläche der ersten Schicht herausragenden Strukturen von der Materialabtragungseinheit in Folge des Abtragungsvorgangs erreicht sind.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren den weiteren Schritt eines Erkennens eines Übergangs im Abtragungsvorgang zwischen der alleinigen Abtragung des Materials mit zweiter Härte zu einer zumindest teilweisen Abtragung der Strukturen mit erster Härte mittels eines Sensors der Materialabtragungseinheit. In einer weiteren Ausführungsform erkennt dazu der Sensor die sich am Übergang ändernden mechanischen, optischen und/oder akustischen Eigenschaften des abzutragenden Materials.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren vor dem Aufträgen der ersten Schicht den weiteren Schritt des Auftragens einer dritten Schicht oder weiterer Schichten auf das Bauteil, auf die dann die erste Schicht aufgetragen wird.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens bewegt sich die Materialabtragungseinheit analog zu dem Laserschweißkopf über die Oberfläche des Bauteils.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Verwenden von mehreren Laserschweißköpfen in der Vorrichtung zum Aufträgen des Materials, wobei alle Laserschweißköpfe in der Vorrichtung mit dem aufzutragenden Material und mit Laserstrahlung zur Durchführung des Laserauftragschweißens versorgt werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Bauteil mit einer Oberfläche, auf die mittels einer erfmdungsgemäßen Vorrichtung oder einem erfmdungsgemäßen Verfahren eine erste Schicht aus einem Material, das aus der Oberfläche der ersten Schicht herausragende Strukturen mit einer ersten Härte umfasst, aufgetragen ist, und wobei auf die erste Schicht eine zweite Schicht aus einem Material mit einer zweiten Härte kleiner der ersten Härte aufgetragen ist, wobei die zweite Schicht die aus der ersten Schicht herausragenden Strukturen zumindest teilweise überdeckt und eine Oberfläche der zweiten Schicht beziehungsweise die Strukturen nach dem Aufträgen der ersten und zweiten Schichten so gestaltet wurden, dass die Strukturen nicht mehr aus der zweiten Schicht herausragen. Hierbei kann das Material der zweiten Schicht ein Metall oder eine Metalllegierung ist. Hierbei kann die erste Schicht ein Verbundmaterial mit einem Matrixmaterial mit dritter Härte kleiner der ersten Härte umfassen, vorzugsweise besteht die erste Schicht aus dem Verbundmaterial, wo die Strukturen in dem Matrixmaterial eingebettet sind. Hierbei kann das Verbundmaterial ein Metall-Keramik-Verbundwerkstoff sein, der Körner enthält, die die Strukturen bilden, vorzugsweise sind die Körner Carbitkömer. Hierbei kann das Material der zweiten Schicht das Matrixmaterial der ersten Schicht sein. Hierbei kann auf die Oberfläche eine dritte Schicht aufgetragen sein, auf die die erste Schicht aufgetragen ist.
Die voranstehend aufgelisteten Ausführungsformen können einzeln oder in beliebiger Kombination abweichend von den Rückbezügen in den Ansprüchen zueinander zur Ausgestaltung der erfmdungsgemäßen Vorrichtungen oder Verfahren verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden im Detail in den Abbildungen wie folgt gezeigt.
Fig.l: eine Ausführungsform der erfmdungsgemäßen Vorrichtung zum Laserauftragschweißen;
Fig.2: das Bauteil in seitlicher Ansicht (a) mit erster Schicht und den daraus herausragenden Strukturen und (b) nach teilweiser Überdeckung dieser Strukturen durch die zweite Schicht;
Fig.3: eine weitere Ausführungsform der erfmdungsgemäßen Vorrichtung zum
Laserauftragschweißen mit einer Materialabtragungseinheit zum Abtragen der auch aus der zweiten Schicht herausragenden Strukturen;
Fig.4: eine weitere Ausführungsform der erfmdungsgemäßen Vorrichtung zum
Laserauftragschweißen mit einer Materialabtragungseinheit zum Abtragen der die herausragenden Strukturen vollständig überdeckenden zweiten Schicht;
Fig.5: eine weitere Ausführungsform der erfmdungsgemäßen Vorrichtung zum Laserauftragschweißen mit Materialabtragungseinheit unter Verwendung mehrere Laserauftragschweißköpfe zum (quasi-)simultanen Aufträgen des Materials auf Bauteile mit planarer Oberfläche;
Fig.6: eine weitere Ausführungsform der erfmdungsgemäßen Vorrichtung zum Laserauftragschweißen mit Materialabtragungseinheit unter Verwendung mehrere Laserauftragschweißköpfe zum (quasi-)simultanen Aufträgen des Materials auf Bauteile mit zylindrischer Oberfläche; und
Fig.7: eine Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der erfmdungsgemäßen Vorrichtung.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig.l zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Laserauftragschweißen mit einer Laserauftragschweißeinheit 2 mit zumindest einem darauf angeordneten Laserauftragschweißkopf 3, einer oder mehrerer Materialquellen 5 zur Versorgung des Laserauftragschweißkopfs 3 mit einem aufzutragenden Material M und einer Laserstrahlquelle 6 zur Versorgung des Laserauftragschweißkopfes 3 mit Laserlicht L zur Durchführung des Laserauftragschweißens, wobei die Vorrichtung dazu ausgestaltet ist, das Aufträgen von Materialschichten 42, 43, 44 aus benachbarten Auftragschweißspur MS auf eine Oberfläche 41 eines Bauteils 4 in Form von mindestens einer ersten Schicht 42 aus einem Material M, das aus der Oberfläche der ersten Schicht 42 herausragende Strukturen 42s mit einer ersten Härte Hl umfasst und einer darauf aufgetragenen zweiten Schicht 42 aus einem Material M mit einer zweiten Härte H2 kleiner der ersten Härte Hl auszuführen, wobei der Auftragungsvorgang so gesteuert ist, dass die zweite Schicht 43 die aus der ersten Schicht 42 herausragenden Strukturen 42s zumindest teilweise überdeckt. Hierbei kann das Material der zweiten Schicht 43 ein Metall oder eine Metalllegierung sein. Hierbei kann die erste Schicht 42 ein Verbundmaterial VM umfassend ein Matrixmaterial MM mit dritter Härte H3 kleiner der ersten Härte Hl umfassen. Vorzugsweise besteht die erste Schicht 42 aus dem Verbundmaterial VM und die Strukturen 42s sind in dem Matrixmaterial MM zumindest teilweise eingebettet. Das Verbundmaterial VM kann ein Metall-Keramik-Verbundwerkstoff sein, der Körner enthält, die die Strukturen 42s bilden, vorzugsweise sind die Körner Carbitkömer. Das Material der zweiten Schicht 43 kann auch das Matrixmaterial MM der ersten Schicht 42 sein.
Fig.2 zeigt das Bauteil 4 in seitlicher Ansicht (a) mit erster Schicht 42 und den daraus herausragenden Strukturen 42s und (b) nach teilweiser Überdeckung dieser Strukturen 42s durch die zweite Schicht 43. Die Strukturen 42s besitzen jeweils einen höchsten Punkt PI und im Tal zwischen benachbarten Strukturen 42s die dort ans Tal angrenzenden Strukturen 42s jeweils einen ihnen zugeordneten tiefsten Punkt P2, wobei eine Entfernung zwischen dem höchsten und tiefsten Punkt PI, P2 der jeweiligen Struktur 42s deren Höhe Hs darstellt und die zweite Schicht 43 die aus der ersten Schicht 42 herausragenden Strukturen 42s mindestens bis 20%, vorzugsweise mindestens 30%, bevorzugter mindestens 40% besonders bevorzugt mindestens 50%, der durchschnittlichen Höhe Hs aller Strukturen 42s überdeckt. Hierbei besitzen die Strukturen 42s in der Regel alle unterschiedliche Höhen Hs, wobei sich die Überdeckung auf eine durchschnittliche Höhe bezieht. Somit können einzelne Strukturen 42s existieren, die bei einer durchschnittlichen Überdeckung von beispielsweise 50% immer noch zu mehr als 50% aus der zweiten Schicht 43 herausragen. Dafür sind andere Strukturen 42s zu mehr als 50% von der zweiten Schicht 43 überdeckt, so dass sich ein durchschnittlicher Überdeckungsgrad von beispielsweise 50% ergibt. Die zweite Schicht 43 kann aber auch die aus der ersten Schicht 42 herausragenden Strukturen 42s vollständig überdecken. Bei Carbitkömem in einem Metall-Keramik- Verbundwerksto ff können diese Körner Höhen Hs von ungefähr lOOpm erreichen.
Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Laserauftragschweißen mit einer Materialabtragungseinheit 7 zum Abtragen der auch aus der zweiten Schicht 43 herausragenden Strukturen 42s, die dazu vorgesehen ist, bei nicht vollständiger Überdeckung der ersten Schicht 42 die aus der zweiten Schicht 43 herausragenden Strukturen 42s der ersten Schicht 42 zumindest teilweise abzutragen. Hierbei ist die Materialabtragungseinheit 7 beispielsweise eine Laserschmelz- oder Laserablationseinheit, wobei die Materialabtragungseinheit 7 auf der Laserauftragsschweißeinheit 2 in Vorschubrichtung VR des Laserauftragschweißkopf 3 gesehen hinter dem Laseraustragschweißkopf 3 angeordnet ist. Dadurch werden die aus der zweiten Schicht 43 herausragenden Strukturen 42s der ersten Schicht 42 durch die Materialabtragungseinheit 7 verdampft oder aufgeschmolzen und damit soweit abgetragen, dass sie nicht mehr aus der zweiten Schicht 43 herausragen. In dem hier gezeigten Beispiel bleiben von den Nadeln 42s nur noch Stümpfe in der zweiten Schicht 43 übrig, sodass die Oberfläche der zweiten Schicht 43 nach der Nachbearbeitung durch die Materialabtragungseinheit 7 eine geringe Oberflächenrauhigkeit aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dabei der Laserauftragschweißkopf 3 als die Materialabtragungseinheit 7 verwendet.
Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfmdungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Laserauftragschweißen mit einer Materialabtragungseinheit 7 zum Abtragen der die herausragenden Strukturen 42s vollständig überdeckenden zweiten Schicht 43, wobei hier die zweite Schicht 43 bis zum Erreichen der Strukturen 42s nur teilweise abgetragen wird, dafür aber vollflächig. Die Materialabtragungseinheit 7 kann dabei eine Schleifeinheit oder eine Fräseinheit sein. Die Materialabtragungseinheit ist dabei dazu ausgestaltet, das Abtragen zu stoppen, wenn zumindest die höchste oder einige der höchsten aus der Oberfläche der ersten Schicht 42 herausragenden Strukturen 42s von der Materialabtragungseinheit 7 in Folge des Abtragungsvorgangs erreicht sind. Dazu umfasst die Materialabtragungseinheit 7 einen Sensor 71, der beim Abtragungsvorgang einen Übergang U zwischen der alleinigen Abtragung des Material mit zweiter Härte H2 zu einer zumindest teilweisen Abtragung des Strukturen 42s mit erster Härte Hl erkennt, wozu er die sich am Übergang U ändernden mechanischen, optischen und/oder akustischen Eigenschaften des abzutragenden Materials erkennt. Der Sensor 71 kann beispielsweise ein Kraftsensor, ein Drehmomentsensor, ein Drehzahlsensor, ein Oberflächenrauhigkeitssensor, ein optischer Sensor oder ein akustischer Sensor sein. Des Weiteren ist hier gezeigt, dass zwischen dem Bauteil 4 und der ersten Schicht 42 zumindest eine dritte Schicht 44 aufgetragen ist, wo deren Aufbringung die Vorrichtung 1 ebenfalls ausgestaltet ist. Diese dritte Schicht 44 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen zusätzlich vorhanden sein.
Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfmdungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Laserauftragschweißen mit Materialabtragungseinheit 7 unter Verwendung mehrere Laserauftragschweißköpfe 3 zum (quasi-)simultanen Aufträgen des Materials M auf Bauteile 4 mit planarer Oberfläche 41. Die Vorrichtung 1 versorgt dazu alle Laserauftragschweißköpfe 3 mit dem aufzutragenden Material M und mit Laserstrahlung L zur Durchführung des Laserauftragschweißens. Die Laserschweißpunkte 31 erzeugen dabei Auftragschweißspuren MS mit einer Materialbreite entlang der V orschubrichtung VR auf der Oberfläche 41, bei denen ein erster Versatz RI benachbarter Laserschweißpunkte 31 zwischen 10% und 90%, vorzugsweise zwischen 40% und 60%, besonders bevorzugt 50%, der Materialbreite der Auftragschweißspur MS beträgt. Ferner besitzen die benachbarten Laserschweißpunkte 31 auf der Oberfläche 41 des Bauteils 4 einen zweiten Versatz R2 zueinander in Vorschubrichtung VR. Hierbei umfasst das Bauteil 4 hier im Form einer Bremsscheibe eine kreisförmige Oberfläche 41 mit einer Rotationsachse D senkrecht zur Oberfläche 41, auf die das Material aufgetragen wird. Die Bremsscheibe 4 könnte dabei mittels der Schraubenlöcher (vier Punkte um die Mitte herum) auf einem Drehtisch montiert sein, über den die Bremsscheibe 4 um die Drehachse D gedreht wird. Zum Auftragens 110, 120, 170 des Materials M wird die kreisförmige Oberfläche 41 um die Rotationsachse D unter den Laserauftragschweißköpfen 3 hindurch rotiert, sodass deren Laserschweißpunkt 31 auf der kreisförmigen Oberfläche 41 bei ruhendem Laserauftragschweißkopf 3 kreisförmig die Oberfläche 41 überlaufen würden, und die Laserauftragschweißköpfe 3 werden simultan in Richtung der Rotationsachse D bewegt, sodass das Material M in einer spiralförmigen Auftragschweißspur MS flächenmäßig auf die kreisförmige Oberfläche 41 aufgetragen wird. Hierbei erstreckt sich die Materialabtragungseinheit 7 über den gesamten Radius der Oberfläche 41 und bewegt sich gegebenenfalls analog zu den Laserschweißpunkten 31 nachfolgend über die Oberfläche 41. Alternativ kann auch zumindest einer der mehreren Laserauftragschweißköpfe 3 dazu ausgestaltet sein, als Materialabtragungseinheit 7 betrieben zu werden.
Fig.6 zeigt eine weitere Ausfiihrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Laserauftragschweißen mit Materialabtragungseinheit 7 unter Verwendung mehrere Laserauftragschweißköpfe 3 zum (quasi-)simultanen Aufträgen des Materials M auf Bauteile 4 mit zylindrischer Oberfläche 41 im Beispiel als Welle für rotationssymmetrische Bauteile 4 mit dem dynamischen Verhalten der Laserschweißpunkte 31 während des Laserauftragschweißens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in dieser Ausfährungsform mit drei Laserschweißköpfen 3 und einer Materialabtragungseinheit 7. Die drei Laserschweißköpfen 3 (hier als Laserschweißpunkte 31 angedeutet) tragen (quasi-) simultan Material M auf die Oberfläche 41 des Bauteils 4 auf, wobei die Laserauftragschweißköpfe 3 jeweils einen Laserschweißpunkt 31 auf der Oberfläche 41 des Bauteils 4 erzeugen und benachbarte Laserschweißpunkte einen ersten Versatz RI zueinander senkrecht zu einer Vorschubrichtung VR der Laserschweißpunkte 31 auf der Oberfläche 41 des Bauteils 4 besitzen. Hierbei trägt jeder Laserauftragschweißkopf 3 die durch ihn erzeugte Auftragschweißspur MS zumindest teilweise überlappend zu den benachbarten Auftragschweißspuren MS erzeugt durch die anderen Laserschweißköpfe 3 auf, sodass das Material M flächenförmig auf der Oberfläche 41 aufgetragen wird. Außerdem besitzen die benachbarten Laserschweißpunkte 31 auf der Oberfläche 41 des Bauteils 4 einen zweiten Versatz R2 zueinander in Vorschubrichtung VR besitzen, um einerseits den Wärmeübertrag auf benachbarte Auftragschweißspuren MS steuern zu können und um andererseits die Laserauftragschweißköpfe 3 aus geometrischen Gründen nicht zu dicht zueinander anordnen zu müssen. Hierbei umfasst die Welle 4 eine rotationssymmetrische Oberfläche 41 mit einer Rotationsachse D parallel zur Oberfläche 41, auf die das Material aufgetragen wird. Zum Aufträgen 110, 120, 170 wird die rotationssymmetrischen Oberfläche 41, vorzugsweise die Zylinderfläche der Welle 4, um die Rotationsachse RB unter den drei Laserauftragschweißköpfen 3 hindurch rotiert, sodass deren Laserschweißpunkt 31 auf der rotationssymmetrischen Oberfläche 41 bei ruhendem Laserauftragschweißkopf 3 kreisförmig die Oberfläche 41 überlaufen würden; und die Laserauftragschweißköpfe 3 werden in Vorschubrichtung VR parallel zur Rotationsachse RB bewegt, sodass das Material M in einer spiralförmigen Auftragschweißspur MS flächenmäßig auf die rotationssymmetrische Oberfläche 41 aufgetragen wird. Hierbei erstreckt sich die Materialabtragungseinheit 7 über den gesamten Radius der Oberfläche 41 und bewegt sich gegebenenfalls analog zu den Laserschweißpunkten 31 nachfolgend über die Oberfläche 41. Der erste Versatz RI benachbarter Laserschweißpunkte 31 kann dabei zwischen 10% und 90%, vorzugsweise zwischen 40% und 60%, besonders bevorzugt 50%, der Materialbreite MB der Auftragschweißspur MS betragen. Der zweite Versatz R2 ist so eingestellt, dass sich durch die Laserschweißpunkte 31 auf der Oberfläche 41 induzierte Temperaturprofile so weit überlappen, dass das Material M in einem Überlappungsbereich benachbarter Auftragschweißspuren MS noch eine für den Prozess nutzbare/zuträgliche Restwärme besitzt. Alternativ kann auch zumindest einer der mehreren Laserauftragschweißköpfe 3 dazu ausgestaltet sein, als Materialabtragungseinheit 7 betrieben zu werden.
Fig.7 zeigt eine Ausftihrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Laserauftragschweißen gemäß einer der voranstehenden Ansprüche mit einer Laserauftragschweißeinheit 2 mit zumindest einem darauf angeordneten Laserauftragschweißkopf 3 zum Aufträgen von Material M in Form einer oder mehrerer benachbarter Auftragschweißspuren MS auf eine Oberfläche 41 eines Bauteils 4 zur Erzeugung von daraus resultierenden Materialschichten 42, 43, 44, einer oder mehrerer Materialquellen 5 zur Versorgung des Laserauftragschweißkopfs 3 mit dem aufzutragenden Material M und einer Laserstrahlquelle 6 zur Versorgung des Laseraufitragschweißkopfes 3 mit Laserlicht L zur Durchführung des Laserauftragschweißens sowie einer Materialabtragungseinheit 7 zum Bearbeiten des aufgetragenen Materials, umfassend nachfolgende Schritte des Auftragens 110 zumindest einer ersten Schicht 42 aus einem Material, das aus der Oberfläche 41 der ersten Schicht 42 herausragende Strukturen 42s mit einer ersten Härte Hl umfasst; des Auftragens 120 einer zweiten Schicht 43 aus einem Material mit einer zweiten Härte H2 kleiner der ersten Härte Hl, wobei eine Schichtdicke D43 der zweiten Schicht 43 so bemessen ist, dass die zweite Schicht 43 die aus der ersten Schicht 42 herausragenden Strukturen 42s zumindest teilweise überdeckt; des zumindest teilweisen Abtragens 130 der aus der zweiten Schicht 43 herausragenden Strukturen 42s der ersten Schicht 42 durch eine Materialabtragungseinheit 7 im Falle der nicht vollständiger Überdeckung der Strukturen 42s durch die zweite Schicht 43, oder des teilweisen Abtragens 140 der zweiten Schicht 43 mittels der Materialabtragungseinheit 7 bei vollständiger Überdeckung der Strukturen 42s der ersten Schicht 42 durch die zweite Schicht 43. Hierbei kann das Abtragen 130 der Strukturen 42s durchgeführt werden, indem die Materialabtragungseinheit 7 die Strukturen 42s verdampft oder aufschmilzt, vorzugsweise wird dafür als Materialabtragungseinheit 7 der Laserauftragschweißkopf 3 verwendet. Alternativ wird bei vollständiger Überdeckung der Strukturen 42s das Abtragen 140 der zweiten Schicht 43 durchgeführt, indem die Materialabtragungseinheit 7 die zweite Schicht 43 vollflächig zumindest bis zum Erreichen der Strukturen 42s abträgt, wobei ein Stoppen 150 des Abtragens 140 der zweiten Schicht 43 erfolgt, wenn zumindest die höchste oder einige der höchsten aus der Oberfläche der ersten Schicht 42 herausragenden Strukturen 42s von der Materialabtragungseinheit 7 in Folge des Abtragungsvorgangs 130 erreicht sind. Dafür umfasst das Verfahren den weiteren Schritt eines Erkennens 160 eines Übergangs U im Abtragungsvorgang 140 zwischen der alleinigen Abtragung des Materials mit zweiter Härte H2 zu einer zumindest teilweisen Abtragung der Strukturen 42s mit erster Härte Hl mittels eines Sensors 71 der Materialabtragungseinheit 7. Ist der Übergang U noch nicht erreicht („N“), so wird der Abtragungsvorgang fortgesetzt. Ist dagegen der Übergang erreicht („J“), wird der Abtragungsvorgang gestoppt. Dazu kann der Sensor 71 die sich am Übergang U ändernden mechanischen, optischen und/oder akustischen Eigenschaften des abzutragenden Materials erkennen. In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren vor dem Aufträgen 110 der ersten Schicht 42 den weiteren Schritt des Auftragens 170 einer dritten Schicht 44 oder weiterer Schichten auf das Bauteil 4 umfasst, auf die dann die erste Schicht 42 aufgetragen wird. Es ist zudem für einen effektiven Herstellungsprozess vorteilhaft, wenn sich die Materialabtragungseinheit 7 analog zu dem Laserschweißköpf 3 über die Oberfläche 41 des Bauteils 4 bewegt. Zeitlich verkürzen lässt sich der Laserauftragsschweißprozess durch ein Verwenden von mehreren Laserschweißköpfen 3 in der Vorrichtung 1 zu einer (quasi-) simultanen Materialauftragung, wobei alle Laserschweißköpfe 3 in der Vorrichtung 1 mit dem aufzutragenden Material M und mit Laserstrahlung L zur Durchführung des Laserauftragschweißens versorgt werden. Das mit dem erfmdungsgemäßen Verfahren hergestellte Produkt ist ein Bauteil 4' mit einer Oberfläche 41, auf die eine erste Schicht 42 aus einem Material M, das aus der Oberfläche der ersten Schicht 42 herausragende Strukturen 42s mit einer ersten Härte Hl umfasst, aufgetragen ist, und wobei auf die erste Schicht 42 eine zweite Schicht 43 aus einem Material M mit einer zweiten Härte H2 kleiner der ersten Härte Hl aufgetragen ist, wobei die zweite Schicht 43 die aus der ersten Schicht 42 herausragenden Strukturen 42s zumindest teilweise überdeckt und eine Oberfläche der zweiten Schicht 43 beziehungsweise die Strukturen 42s nach dem Aufträgen der ersten und zweiten Schichten 42, 43 so gestaltet wurden, dass die Strukturen 42s nicht mehr aus der zweiten Schicht 43 herausragen. Zu den weiteren Details der erste, zweiten und ggf. dritten Schicht siehe die Beschreibung zu Fig.l.
Es versteht sich, dass es sich bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel lediglich um eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung handelt. Insofern beschränkt sich die Ausgestaltung der Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel.
Bezugszeichenliste
1 erfmdungsgemäße Vorrichtung zum Laserauftragschweißen
2 Laserauftragschweißeinheit
3 Laserauftragschweißkopf
31 Laserschweißpunkt
4 Bauteil zum Beginn des Laserauftragschweißen
4' Bauteil mit aufgetragenen Schichten
41 Oberfläche des Bauteils
42 erste Schicht
42s aus der ersten Schicht herausragende Strukturen
42b nachbehandelte aus der ersten Schicht herausragende Strukturen
43 zweite Schicht
44 dritte Schicht
5 Materialquelle
6 Laserstrahlquelle
7 Materialabtragungseinheit
71 Sensor der Materialabtragungseinheit
100 erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Laserauftragschweißen
110 Aufträgen zumindest einer ersten Schicht auf die Oberfläche des Bauteils
120 Aufträgen einer zweiten Schicht auf die erste Schicht
130 Zumindest teilweises Abtragen der aus der zweiten Schicht herausragenden Strukturen mittels der Materialabtragungseinheit
140 teilweises Abtragen der zweiten Schicht mittels der Materialabtragungseinheit
150 Stoppen des Abtragens
160 Erkennen eines Übergangs im Abtragungsvorgang zwischen der alleinigen Abtragung des Materials mit zweiter Härte zu einer zumindest teilweisen Abtragung des Strukturen mit erster Härte
170 Aufträgen einer dritten Schicht zwischen Bauteil und erster Schicht D Rotationsachse des Bauteils beim Laserauftragschweißen
D43 Schichtdicke der zweiten Schicht
Hl erste Härte der aus der ersten Schicht herausragenden Strukturen
H2 zweite Härte der zweiten Schicht
H3 dritte Härte des Matrixmaterials
Hs Höhe der Struktur
M aufzutragendes / aufgetragenes Material
MM Matrixmaterial des Verbundmaterials der ersten Schicht
MS Auftragschweißspur des aufgebrachten Materials auf der Oberfläche des Bauteils bzw. Schicht aus aufgebrachtem Material L Laserlicht
PI höchster Punkt einer Struktur
P2 tiefster Punkt einer Struktur
RI erster Versatz benachbarter Laserschweißpunkte zueinander senkrecht zur
V or Schußrichtung
R2 zweiter Versatz benachbarter Laserschweißpunkte zueinander in Vorschubrichtung
RB Rotation Bauteil während des Laserauftragschweißens
U Übergang zwischen der alleinigen Abtragung des Material mit zweiter Härte zu einer zumindest teilweisen Abtragung der Strukturen mit erster Härte VM Verbundmaterial der ersten Schicht aus Matrixmaterial und Strukturen im Matrixmaterial
VR Vorschubrichtung des Laserauftragschweißkopfes

Claims

Patentansprüche
1. Eine Vorrichtung (1) zum Laserauftragschweißen mit einer Laserauftragschweißeinheit (2) mit zumindest einem darauf angeordneten Laserauftragschweißkopf (3), einer oder mehrerer Materialquellen (5) zur Versorgung des Laserauftragschweißkopfs (3) mit einem aufzutragenden Material (M) und einer Laserstrahlquelle (6) zur Versorgung des Laserauftragschweißkopfes (3) mit Laserlicht (L) zur Durchführung des Laserauftragschweißens, wobei die Vorrichtung dazu ausgestaltet ist, das Aufträgen von Materialschichten (42, 43, 44) aus benachbarten Auftragschweißspur (MS) auf eine Oberfläche (41) eines Bauteils (4) in Form von mindestens einer ersten Schicht (42) aus einem Material (M), das aus der Oberfläche der ersten Schicht (42) herausragende Strukturen (42s) mit einer ersten Härte (Hl) umfasst und einer darauf aufgetragenen zweiten Schicht (43) aus einem Material (M) mit einer zweiten Härte (H2) kleiner der ersten Härte (Hl) auszuführen, wobei der Auftragungsvorgang so gesteuert ist, dass die zweite Schicht (43) die aus der ersten Schicht (42) herausragenden Strukturen (42s) zumindest teilweise überdeckt.
2. Die Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der zweiten Schicht (43) ein Metall oder eine Metalllegierung ist.
3. Die Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (42) ein Verbundmaterial (VM) umfassend ein Matrixmaterial (MM) mit dritter Härte (H3) kleiner der ersten Härte (Hl) umfasst, vorzugsweise besteht die erste Schicht (42) aus dem Verbundmaterial (VM) und die Strukturen (42s) sind in dem Matrixmaterial (MM) zumindest teilweise eingebettet.
4. Die Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial (VM) ein Metall-Keramik-Verbundwerkstoff ist, der Körner enthält, die die Strukturen (42s) bilden, vorzugsweise sind die Körner Karbit-, Nitrid-, oder Oxidkömer.
5. Die Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der zweiten Schicht (43) das Matrixmaterial (MM) der ersten Schicht (42) ist.
6. Die Vorrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (42s) jeweils einen höchsten Punkt (PI) und in einem Tal zwischen benachbarten Strukturen (42s) die angrenzenden Strukturen (42s) jeweils einen ihnen zugeordneten tiefsten Punkt (P2) besitzen, wobei eine Entfernung zwischen dem höchsten und tiefsten Punkt (PI, P2) der jeweiligen Struktur (42s) deren Höhe (Hs) darstellt und die zweite Schicht (43) die aus der ersten Schicht (42) herausragenden Strukturen (42s) mindestens bis 20%, vorzugsweise mindestens 30%, bevorzugter mindestens 40% besonders bevorzugt mindestens 50%, der durchschnittlichen Höhe (Hs) aller Strukturen (42s) überdeckt.
7. Die Vorrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (43) die aus der ersten Schicht (42) herausragenden Strukturen (42s) vollständig überdeckt.
8. Die Vorrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) des Weiteren eine Materialabtragungseinheit (7) umfasst, die dazu vorgesehen ist, bei nicht vollständiger Überdeckung der ersten Schicht (42) die aus der zweiten Schicht (43) herausragenden Strukturen (42s) der ersten Schicht (42) zumindest teilweise abzutragen, oder bei vollständiger Überdeckung der Strukturen (42s) der ersten Schicht (42) durch die zweite Schicht (43) dann die zweite Schicht (43) teilweise abzutragen.
9. Die Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialabtragungseinheit (7) eine Schleifeinheit, eine Fräseinheit oder eine Laserschmelz- oder Laserablationseinheit ist.
10. Die Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialabtragungseinheit (7) auf der Laserauftragsschweißeinheit (2) in Vorschubrichtung (VR) des Laserauftragschweißkopf (3) gesehen hinter dem Laseraustragschweißkopf (3) angeordnet ist.
11. Die Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der zweiten Schicht (43) herausragenden Strukturen (42s) der ersten Schicht (42) dadurch zumindest teilweise abgetragen werden, indem diese (42s) durch die Materialabtragungseinheit (7) verdampft oder aufgeschmolzen werden.
12. Die Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Materialabtragungseinheit (7) der Laserauftragschweißkopf (3) verwendet wird.
13. Die Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei vollständiger Überdeckung der ersten Schicht (42) durch die zweite Schicht (43) diese durch die Materialabtragungseinheit (7) vollflächig zumindest bis zum Erreichen der Strukturen (42s) abgetragen wird.
14. Die Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialabtragungseinheit (7) dazu ausgestaltet ist, das Abtragen zu stoppen, wenn zumindest die höchste oder einige der höchsten aus der Oberfläche der ersten Schicht (42) herausragenden Strukturen (42s) von der Materialabtragungseinheit (7) in Folge des Abtragungsvorgangs erreicht sind.
15. Die Vorrichtung (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialabtragungseinheit (7) einen Sensor (71) umfasst, der beim Abtragungsvorgang einen Übergang (U) zwischen der alleinigen Abtragung des Material mit zweiter Härte (H2) zu einer zumindest teilweisen Abtragung der Strukturen (42s) mit erster Härte (Hl) erkennt.
16. Die Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (71) dazu ausgestaltet ist, die sich am Übergang (U) ändernden mechanischen, optischen und/oder akustischen Eigenschaften des abzutragenden Materials zu erkennen.
17. Die Vorrichtung (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (71) ein Kraftsensor, ein Drehmomentsensor, ein Drehzahlsensor, ein Oberflächenrauhigkeitssensor, ein optischer, taktiler, kapazitiver, induktiver oder akustischer Sensor ist.
18. Die Vorrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mehrere Laserauftragschweißköpfe (3) zum (quasi-) simultanen Aufträgen von Material (M) auf die Oberfläche (41) eines Bauteils (4) umfasst, die alle in der Vorrichtung (1) mit dem aufzutragenden Material (M) und mit Laserstrahlung (L) zur Durchführung des Laserauftragschweißens versorgt werden.
19. Die Vorrichtung (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserschweißpunkte (31) Auftragschweißspuren (MS) mit einer Materialbreite entlang der Vorschubrichtung (VR) auf der Oberfläche (41) erzeugen, bei denen ein erster Versatz (RI) benachbarter Laserschweißpunkte (31) zwischen 10% und 90%, vorzugsweise zwischen 40% und 60%, besonders bevorzugt 50%, der Materialbreite der Auftragschweißspur (MS) beträgt.
20. Die Vorrichtung (1) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Laserschweißpunkte (31) auf der Oberfläche (41) des Bauteils (4) einen zweiten Versatz (R2) zueinander in Vorschubrichtung (VR) besitzen.
21. Die Vorrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) dazu ausgestaltet ist, zwischen dem Bauteil (4) und der ersten Schicht (42) zumindest eine dritte Schicht (44) aufzutragen.
22. Ein Verfahren (100) zum Betreiben einer Vorrichtung (1) zum Laserauftragschweißen gemäß einer der voranstehenden Ansprüche mit einer Laserauftragschweiß einheit (2) mit zumindest einem darauf angeordneten Laserauftragschweißkopf (3) zum Aufträgen von Material (M) in Form einer oder mehrerer benachbarter Auftragschweißspuren (MS) auf eine Oberfläche (41) eines Bauteils (4) zur Erzeugung von daraus resultierenden Materialschichten (42, 43, 44), einer oder mehrerer Materialquellen (5) zur Versorgung des Laserauftragschweißkopfs (3) mit dem aufzutragenden Material (M) und einer Laserstrahlquelle (6) zur Versorgung des Laserauftragschweißkopfes (3) mit Laserlicht (L) zur Durchführung des Laserauftragschweißens sowie einer Materialabtragungseinheit (7) zum Bearbeiten des aufgetragenen Materials, umfassend nachfolgende Schritte:
Aufträgen (110) zumindest einer ersten Schicht (42) aus einem Material, das aus der Oberfläche (41) der ersten Schicht (42) herausragende Strukturen (42s) mit einer ersten Härte (Hl) umfasst;
Aufträgen (120) einer zweiten Schicht (43) aus einem Material mit einer zweiten Härte (H2) kleiner der ersten Härte (Hl), wobei eine Schichtdicke (D43) der zweiten Schicht (43) so bemessen ist, dass die zweite Schicht (43) die aus der ersten Schicht (42) herausragenden Strukturen (42s) zumindest teilweise überdeckt.
23. Das Verfahren (100) nach Anspruch 22, wobei die Strukturen (42s) jeweils einen höchsten Punkt (PI) und in einem Tal zwischen benachbarten Strukturen (42s) die angrenzenden Strukturen (42s) jeweils einen ihnen zugeordneten tiefsten Punkt (P2) besitzen, wobei eine Entfernung zwischen dem höchsten und tiefsten Punkt (PI, P2) der jeweiligen Struktur (42s) deren Höhe (Hs) darstellt, wird das Aufträgen (120) der zweiten Schicht (43) solange durchgeführt, bis die zweite Schicht (43) die aus der ersten Schicht (42) herausragenden Strukturen (42s) mindestens bis 20%, vorzugsweise mindestens 40%, bevorzugter mindestens 60% besonders bevorzugt mindestens 80%, der durchschnittlichen Höhe (Hs) aller Strukturen (42s) überdeckt, alternativ kann die zweite Schicht (43) die aus der ersten Schicht (42) herausragenden Strukturen (42s) auch vollständig überdecken.
24. Das Verfahren (100) nach Anspruch 23, umfassend den weiteren Schritt:
Zumindest teilweises Abtragen (130) der aus der zweiten Schicht (43) herausragenden Strukturen (42s) der ersten Schicht (42) durch eine Materialabtragungseinheit (7) im Falle der nicht vollständigen Überdeckung der Strukturen (42s) durch die zweite Schicht (43), oder teilweises Abtragen (140) der zweiten Schicht (43) mittels der Materialabtragungseinheit (7) bei vollständiger Überdeckung der Strukturen (42s) der ersten Schicht (42) durch die zweite Schicht (43).
25. Das Verfahren (100) nach Anspruch 24, wobei das Abtragen (130) der Strukturen (42s) durchgeführt wird, indem die Materialabtragungseinheit (7) die Strukturen (42s) verdampft oder aufschmilzt, vorzugsweise wird dafür als Materialabtragungseinheit (7) der Laserauftragschweißkopf (3) verwendet, beziehungsweise das Abtragen (140) der zweiten Schicht (43) durchgeführt wird, indem die Materialabtragungseinheit (7) die zweite Schicht (43) vollflächig zumindest bis zum Erreichen der Strukturen (42s) abträgt.
26. Das Verfahren (100) nach Anspruch 25, umfassend den weiteren Schritt: Stoppen (150) des Abtragens (140) der zweiten Schicht (43), wenn zumindest die höchste oder einige der höchsten aus der Oberfläche der ersten Schicht (42) herausragenden Strukturen (42s) von der Materialabtragungseinheit (7) in Folge des Abtragungsvorgangs (130) erreicht sind.
27. Das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 24 bis 26, umfassend den weiteren Schritt eines Erkennens (160) eines Übergangs (U) im Abtragungsvorgang (140) zwischen der alleinigen Abtragung des Materials mit zweiter Härte (H2) zu einer zumindest teilweisen Abtragung der Strukturen (42s) mit erster Härte (Hl) mittels eines Sensors (71) der Materialabtragungseinheit (7).
28. Das Verfahren (100) nach Anspruch 27, wobei der Sensor (71) dazu die sich am Übergang (U) ändernden mechanischen, optischen und/oder akustischen Eigenschaften des abzutragenden Materials erkennt.
29. Das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 22 bis 28, wobei das Verfahren vor dem Aufträgen (110) der ersten Schicht (42) den weiteren Schritt des Auftragens (170) einer dritten Schicht (44) oder weiterer Schichten auf das Bauteil (4) umfasst, auf die dann die erste Schicht (42) aufgetragen wird.
30. Das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 22 bis 29, wobei sich die Materialabtragungseinheit (7) analog zu dem Laserschweißköpf (3) über die Oberfläche (41) des Bauteils (4) bewegt.
31. Das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 22 bis 30, umfassend ein Verwenden von mehreren Laserschweißköpfen (3) in der Vorrichtung (1) zum Aufträgen (110, 120, 170) des Materials (M), wobei alle Laserschweißköpfe (3) in der Vorrichtung (1) mit dem aufzutragenden Material (M) und mit Laserstrahlung (L) zur Durchführung des Laserauftragschweißens versorgt werden.
32. Ein Bauteil (4') mit einer Oberfläche (41), auf die mittels einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder einem Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 23 bis 31 eine erste Schicht (42) aus einem Material (M), das aus der Oberfläche der ersten Schicht (42) herausragende Strukturen (42s) mit einer ersten Härte (Hl) umfasst, aufgetragen ist, und wobei auf die erste Schicht (42) eine zweite Schicht (43) aus einem Material (M) mit einer zweiten Härte (H2) kleiner der ersten Härte (Hl) aufgetragen ist, wobei die zweite Schicht (43) die aus der ersten Schicht (42) herausragenden Strukturen (42s) zumindest teilweise überdeckt und eine Oberfläche der zweiten Schicht (43) beziehungsweise die Strukturen (42s) nach dem Aufträgen der ersten und zweiten Schichten (42, 43) so gestaltet wurden, dass die Strukturen (42s) nicht mehr aus der zweiten Schicht (43) herausragen.
33. Das Bauteil (4 ') nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der zweiten Schicht (43) ein Metall oder eine Metalllegierung ist.
34. Das Bauteil (4') nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (42) ein Verbundmaterial (VM) umfassend ein Matrixmaterial (MM) mit dritter Härte (H3) kleiner der ersten Härte (Hl) umfasst, vorzugsweise besteht die erste Schicht (42) aus Verbundmaterial (VM), wo die Strukturen (42s) in dem Matrixmaterial (MM) eingebettet sind.
35. Das Bauteil (4 ') nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial (VM) ein Metall-Keramik-Verbundwerkstoff ist, der Körner enthält, die die Strukturen (42s) bilden, vorzugsweise sind die Körner Karbit-, Nitrid-, oder Oxidkömer.
36. Das Bauteil (4') nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der zweiten Schicht (43) das Matrixmaterial (MM) der ersten Schicht (42) ist.
37. Das Bauteil (4 ') nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche (41) eine dritte Schicht (44) aufgetragen ist, auf die die erste Schicht (42) aufgetragen ist.
EP20780558.1A 2020-03-12 2020-09-09 Vorrichtung und verfahren zum herstellung und nachbearbeiten von schichten aufgetragen durch laserauftragschweissen Pending EP4117850A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020106823.9A DE102020106823A1 (de) 2020-03-12 2020-03-12 Vorrichtung und Verfahren zum Herstellung und ggf. Nachbearbeiten von Schichten aufgetragen durch Laserauftragschweißen
PCT/DE2020/100787 WO2021180257A1 (de) 2020-03-12 2020-09-09 Vorrichtung und verfahren zum herstellung und nachbearbeiten von schichten aufgetragen durch laserauftragschweissen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4117850A1 true EP4117850A1 (de) 2023-01-18

Family

ID=72658940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20780558.1A Pending EP4117850A1 (de) 2020-03-12 2020-09-09 Vorrichtung und verfahren zum herstellung und nachbearbeiten von schichten aufgetragen durch laserauftragschweissen

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20230136257A1 (de)
EP (1) EP4117850A1 (de)
KR (1) KR102826864B1 (de)
CN (1) CN115379918A (de)
CA (1) CA3171144A1 (de)
DE (1) DE102020106823A1 (de)
MX (1) MX2022011193A (de)
WO (1) WO2021180257A1 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020112100A1 (de) * 2020-05-05 2021-11-11 Fritz Winter Eisengiesserei Gmbh & Co. Kg Bauteil einer Bremse für ein Fahrzeug und Verfahren zu seiner Herstellung
US12146538B2 (en) * 2021-09-23 2024-11-19 Goodrich Corporation Systems and methods for manufacturing wear pads
CN114196950A (zh) * 2021-11-08 2022-03-18 江苏大学 一种双光束超高速激光熔覆头及其熔覆方法
CN114075666B (zh) * 2022-01-19 2022-05-17 亚琛联合科技（天津）有限公司 一种双光头激光熔覆成形工艺
CN115354319B (zh) * 2022-08-29 2023-12-08 江苏徐工工程机械研究院有限公司 一种大型筒类零件表面高硬耐蚀涂层结构及其制备方法
WO2024056137A1 (de) * 2022-09-14 2024-03-21 HPL Technologies GmbH VORRICHTUNG ZUM AUFTRAGSCHWEIßEN, SOWIE EIN VERFAHREN ZUM VORWÄRMEN EINES WERKSTÜCKS
DE102023004402B3 (de) 2023-11-03 2025-03-13 Mercedes-Benz Group AG Verfahren zur additiven Fertigung und Prozesseinheit zur Steuerung einer additiven Fertigungsanlage
CN117464027B (zh) * 2023-11-06 2024-04-09 苏州朗威电子机械股份有限公司 一种碳化物陶瓷钢板异质结构复合板制备设备及工艺
CN117448811B (zh) * 2023-11-08 2024-10-18 山东镭研激光科技有限公司 一种食品行业螺旋轴激光熔覆修复工艺
CN119973576B (zh) * 2025-04-16 2025-08-15 广州广汽荻原模具冲压有限公司 一种基于激光熔覆的车身冷冲压模具制造方法
CN120888929B (zh) * 2025-09-28 2025-12-26 江苏航运职业技术学院 一种适用于多工件的激光熔覆及其加工方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3941269B2 (ja) * 1997-12-11 2007-07-04 株式会社デンソー 金属部材のレーザ溶接構造および方法，並びに燃料噴射弁
US9919472B1 (en) * 2002-05-07 2018-03-20 Microfabrica Inc. Stacking and bonding methods for forming multi-layer, three-dimensional, millimeter scale and microscale structures
US7692783B2 (en) * 2006-02-13 2010-04-06 Pacific Biosciences Of California Methods and systems for simultaneous real-time monitoring of optical signals from multiple sources
DE102006023396B4 (de) * 2006-05-17 2009-04-16 Man B&W Diesel A/S Verschleißschutzbeschichtung sowie Verwendung und Verfahren zur Herstellung einer solchen
US20090308847A1 (en) 2006-08-02 2009-12-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Erosion prevention method and member with erosion preventive section
DE102007019510B3 (de) * 2007-04-25 2008-09-04 Man Diesel A/S Zu einer Gleitpaarung gehörendes Maschinenteil sowie Verfahren zu dessen Herstellung
US8076776B2 (en) 2009-06-16 2011-12-13 Intel Corporation Integrated circuit package having security feature and method of manufacturing same
DE102010025950B4 (de) 2010-07-02 2013-10-31 Eifeler Lasertechnik Gmbh Warmumformwerkzeug mit verbesserter Verschleißfestigkeit und Verfahren zu dessen Herstellung
US10124410B2 (en) 2010-09-25 2018-11-13 Ipg Photonics Corporation Methods and systems for coherent imaging and feedback control for modification of materials
DE102011100456B4 (de) 2011-05-04 2015-05-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Extremes Hochgeschwindigkeitslaserauftragsschweißverfahren
US8766140B2 (en) * 2011-10-06 2014-07-01 Lincoln Global, Inc. Apparatus and method for laser cleaning of coated materials prior to welding
US10462963B2 (en) * 2012-03-06 2019-11-05 Kondex Corporation Laser clad cutting edge for agricultural cutting components
CA2773197A1 (en) * 2012-03-27 2013-09-27 Yundong Li Electroplated super abrasive tools with the abrasive particles chemically bonded and deliberately placed, and methods for making the same
US9050674B2 (en) * 2012-08-03 2015-06-09 Lincoln Global, Inc. Method and system of edging cladding operation
JP6245906B2 (ja) 2013-09-13 2017-12-13 公益財団法人鉄道総合技術研究所 ブレーキディスク及びその製造方法
US20170129180A1 (en) 2014-06-09 2017-05-11 Hybrid Manufacturing Technologies Limited Material processing methods and related apparatus
CA2957234C (en) * 2016-02-12 2020-12-15 Kondex Corporation Laser clad cutting edge for agricultural cutting components
US10675684B2 (en) * 2016-04-29 2020-06-09 Hexcel Corporation Metal AM process with in situ inspection
US20180050421A1 (en) * 2016-08-18 2018-02-22 Caterpillar Inc. Hybrid Laser Cladding System
GB2553515A (en) * 2016-09-01 2018-03-14 Rolls Royce Plc Method
US20180111196A1 (en) 2016-10-21 2018-04-26 Velo3D, Inc. Operation of three-dimensional printer components
DE202018100004U1 (de) * 2017-11-14 2019-02-15 hpl - Neugnadenfelder Maschinenfabrik GmbH Coilablageanordnung
DE102018120022A1 (de) * 2018-08-16 2020-02-20 Günter Dittmar Verfahren zur Überwachung eines Materialbearbeitungsprozesses eines Werkstückes mit einem Laserstrahl und Vorrichtung
JP7204236B2 (ja) * 2018-08-31 2023-01-16 国立大学法人大阪大学 金属積層造形装置及び金属積層造形方法
US11643730B2 (en) 2019-06-28 2023-05-09 Schlumberger Technology Corporation Anti-scale deposition hierarchical coatings for wellbore applications

Also Published As

Publication number Publication date
CA3171144A1 (en) 2021-09-16
MX2022011193A (es) 2023-01-05
DE102020106823A1 (de) 2021-09-16
CN115379918A (zh) 2022-11-22
WO2021180257A1 (de) 2021-09-16
KR20220140032A (ko) 2022-10-17
KR102826864B1 (ko) 2025-06-27
US20230136257A1 (en) 2023-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021180257A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum herstellung und nachbearbeiten von schichten aufgetragen durch laserauftragschweissen
EP4065308A1 (de) VORRICHTUNG ZUM LASERAUFTRAGSCHWEIßEN MIT MEHREREN LASERAUFTRAGSCHWEIßKÖPFEN
DE102020106822B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Nachbearbeiten von Schichten aufgetragen durch Laserauftragschweißen
EP4146428B1 (de) Bauteil einer bremse für ein fahrzeug und verfahren zu seiner herstellung
EP1041173B1 (de) Leichtmetallzylinderblock, Verfahren zu seiner Herstellung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE69401543T2 (de) Zerkleinerungs- oder Raffinationsscheibe für Papierfaserbrei sowie Verfahren zu seiner Herstellung
DE102019132192A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Optimierung der Schichtdickenverteilung beim Laserauftragschweißen
EP1173304B1 (de) Verfahren zur herstellung eines oberflächenlegierten zylindrischen, teilzylindrischen oder hohlzylindrischen bauteils
DE3942050A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur laserplasmaspritzung mit axialer stroemung
WO2008131837A2 (de) Zu einer gleitpaarung gehörendes maschinenteil sowie verfahren zu dessen herstellung
EP2019927A1 (de) Gleitlager, verfahren zur herstellung sowie verwendung eines derartigen gleitlagers
DE102023102044A1 (de) Verfahren zum Beschichten metallischer Werkstücke
EP4482643A1 (de) LASERAUFTRAGSCHWEIßVERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER BESCHICHTUNGSSCHICHT AUF EINEM BAUTEIL
DE102022209965A1 (de) Verfahren zum Herstellen oder Aufbereiten einer Bremsscheibe für ein Fahrzeug sowie Bremsscheibe
DE3509582C1 (de) Metallrad, insbesondere Eisenbahnrad
DE2651946A1 (de) Verfahren zum aufbringen eines abriebbestaendigen zusammengesetzten ueberzugs auf einen gegenstand
DE102023135701A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Laserbeschichten
DE19513919C2 (de) Verfahren zur Hochgeschwindigkeitsbeschichtung von Bauteilen und Werkstücken sowie mögliche Vorrichtung zur Hochgeschwindigkeitsbeschichtung von Bauteilen und Werkstücken
DE102022121926B4 (de) Vorrichtung für ein Laser-Beschichtungsverfahren
DE102022105913B4 (de) Vorrichtung für ein Laser-Beschichtungsverfahren
DE202016004006U1 (de) Materialbearbeitungssystem
WO2023116983A1 (de) Vorrichtung zum beschichten von einem werkstück mit einer lasereinrichtung
DE202023002714U1 (de) Vorrichtung zum Laserbeschichten
DE202023002889U1 (de) Technik zum Beschichten metallischer Werkstücke
DE202023002888U1 (de) Technik zum Beschichten metallischer Werkstücke

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220927

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20251105