Individualisierung, kürzere Produktzyklen und Prototypenbau führen zu einem verstärkten Einsatz der additiven Fertigung in der Industrie. Für die Verbindung dieser Teile mit anderen additiv gefertigten oder spritzgegossenen Teilen eignet sich das Laserschweißen.
Eine in der Industrie häufig verwendete Verfahrensvariante der additiven Fertigung ist das laserbasierte Pulverbettschmelzen von Polymeren (PBF-LB/P), auch selektives Lasersintern (SLS) genannt. Bei dieser Verfahrensvariante wird schichtweise Polymerpulver aufgetragen und selektiv mit einem Laser aufgeschmolzen, wodurch beispielsweise Leichtbaustrukturen oder Hinterschneidungen möglich sind. Bei einigen Anwendungen ist es notwendig, verschiedene gedruckte Komponenten zu verbinden. Da die additive Fertigung ein werkzeugloser und sehr flexibler Prozess ist, sollte der Fügeprozess für kleine Stückzahlen mit häufig wechselnden Geometrien ebenso flexibel sein. Das Laser-Kunststoffschweißen ist hier gut geeignet. Evosys, Erlangen, hat in Versuchsreichen getestet, wie das optimale Laserschweißverfahren für 3D-Druck-Bauteile aussehen sollte. Auf der Fakuma haben Besucher Gelegenheit, sich zu dieser Thematik zu informieren.
Schweißen eines Demonstrator-Teils mit Schnappverschluss in der Tischmaschine EvoWeld Mini. (Foto: Evosys)
Die gedruckten Bauteile zeichnen sich durch eine hohe Genauigkeit aus, was sie für die Industrie attraktiv macht, aber auch durch eine heterogene Mikrostruktur, die durch das Polymerpulver verursacht wird. Diese Mikrostruktur führt zu herausfordernden optischen Eigenschaften, wie einer verminderten Transmission und einer hohen Streuung des Lasers im Bauteil. Um dieser Herausforderung zu begegnen, wurde eine Methode entwickelt, um die 3D-Druch-Teile mit einem zweiten Laser vorzubehandeln. Der zweite Laser hat eine andere Wellenlänge als der Schweißlaser und weist eine höhere Absorption im oberen Fügeteil auf. Durch diese Vorbehandlung kann die Oberflächenrauheit deutlich verringert und die Transmission um über 50 % erhöht werden, was im Vergleich zu unbehandelten Teilen zu kürzeren Schweißzeiten und einer geringeren Neigung zu Oberflächenverbrennungen führt. Es wurden Schweißversuche mit Teilen mit und ohne Vorbehandlung der Oberfläche durchgeführt, die beide zu hochwertigen Schweißnähten führten.
Evosys hat mit gespritzten und gedruckten Demobauteilen aus PA12 zahlreiche Tests durchgeführt. Betrachtet wurde dabei, wie sich gedruckte mit gespritzten und nur gedruckte Bauteile fügen lassen. Um die Wärmeübertragung zwischen den beiden Fügepartnern während des Schweißens zu gewährleisten, ist es notwendig, eine Klemmkraft aufzubringen. In der Regel geschieht das durch ein äußeres oder kombiniertes äußeres und inneres Klemmwerkzeug in Kombination mit einem Werkstückträger. So lässt sich ein Bauteil wiederholgenau platzieren. Die Herstellung der Spannvorrichtungen erfordert Zeit, was nicht immer gut zum Schweißen von additiv gefertigten Bauteilen passt – vor allem wenn es um kleine Stückzahlen geht. Um dieser Diskrepanz zu begegnen, hat Evosys ein Verfahren mit werkzeugloser Spannung entwickelt. Durch die Integration von Clips entlang des Umfangs in die additiv gefertigten Teile kann sich das Teil ohne externe Spannvorrichtungen selbst spannen. Das ermöglicht einen gleichmäßigen und ausreichenden Spanndruck entlang der gesamten Schweißnaht.
Um die Einrichtung der Schweißkontur zu erleichtern, kann ein Kamerasystem in die Maschine integriert werden. Mit diesem integrierten System ist im Hintergrund von EvoLaP, der firmeneigenen Software zur Steuerung des Scanners und der Scankontur, ein aktuelles Bild des Arbeitsbereichs zu sehen. Dadurch kann der Benutzer die Vektoren der Kontur auf die Schweißleiste des Teils verschieben. Dies ist besonders bei der Prototypenentwicklung von Vorteil, da der Benutzer so bereits ab dem ersten Teil hochwertige Schweißnähte herstellen kann.
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