InnoCampus

Bahnplanung und Prozessregelung für das koaxiale Laserdrahtauftragsschweißen

Projektförderung

Hintergrund

Im Kooperationsprojet des Karlsruher KITs und der Universität Stuttgart erforschen Wissenschaftler aus den Disziplinen des Maschinenbaus, Elektrotechnik, Chemie und dem Flugzeugbau Lösungen für die nachhaltige Mobilität von Übermorgen. Das Ziel ist es, durch Grundlagenforschung in den Bereichen Mobilität und Produktion neue Technologien mit disruptivem Charakter zu entwickeln. Ausgehend von den Strategiefeldern „Advanced Manufacturing“ und „Emissionsfreie Mobilität“ fokussiert das ISW im erstgenannten Feld die endkonturoptimierte Produktion und Eigenschaftsoptimierung additiv gefertigter Bauteile. Additive Verfahren bieten die Möglichkeit einer endkonturnahen Herstellung von Bauteilen mit lokal angepassten mechanischen Eigenschaften, die durch nachgelagerte Prozessschritte optimiert werden können. Dies führt zu einer doppelten Ressourcenschonung, einerseits durch eine Minimierung des Rohstoffeinsatzes für die Bauteilherstellung und andererseits durch die belastungsgerechte Bauteilfunktion. In diesem Teilprojekt wird das Ziel verfolgt, die komplette Bearbeitung eines additiv gefertigten, funktionsintegrierten Bauteils zu optimieren, um endkonturoptimierte Bauteile wirtschaftlich und ressourceneffizient fertigen zu können. Hierbei arbeitet das ISW zusammen mit den Partnerinstituten IfW, IMWF und IFSW am innovativen koaxialen Laserdrahtauftragsschweißen (siehe ABB.1).

Laserauftragsschweißen mit Aluminiumdraht. Fertigung des Zylinder-Testbauteils

Ziele

Diese neue Technologie hat im Gegensatz zu anderen additiven Laserverfahren den Vorteil, dass das metallische Halbzeug in Drahtform zugeführt wird. Dadurch ist der Prozess deutlich günstiger und leichter zu handhaben als pulverbasierte Verfahren. Im Gegensatz zu anderen drahtbasierten Prozessen wird hier der Metalldraht koaxial zum Laserstrahl in das Schmelzbad gefördert, was entscheidende Vorteile hinsichtlich Richtungsunabhängigkeit und Kollisionsvermeidung mit sich bringt. Dieses recht junge und komplexe Verfahren weißt bisher jedoch nicht die notwendige Prozessstabilität und gleichbleibende Qualität auf. Beispielsweise führt das Starten und Stoppen des Druckprozesses, Temperatur- und Oberflächenschwankungen, sowie geometrieabhängiges Zerfließen des Schmelzbades, zu einem schwer vorhersehbaren Prozessverhalten. Schwerpunkt des ISW ist es, die Zuverlässigkeit, Kontrollierbarkeit und Qualität dieses Prozesses soweit zu verbessern, dass er für die Herstellung von Funktionsbauteilen automatisiert eingesetzt werden kann. Dazu werden verschiedene prozessorientierte Bahnplanungs-, Steuerungs- und Regelungsmechanismen entwickelt. Integrative Ansätze sind beispielsweise eine lernende Laserleistungsvorsteuerung und Prozesssteueralgorithmen auf Grundlage von Echtzeitdaten (Höhenverlauf und Temperatur) zur kleineren Parameteranpassungen auf der CNC. Darüber hinaus wird ein für den Prozess optimiertes Bahnplanungsprogramm entwickelt und so in den Prozess integriert, dass auf unvorhergesehenes Verhalten schnell reagiert und größere geometrische und strukturelle Fehler damit kompensiert werden können.

Ihr Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt  Martin Wolf
M.Sc.

Martin Wolf

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Mechatronische Systeme und Prozesse"

Dieses Bild zeigt  Frederik Wulle
M.Sc.

Frederik Wulle

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Mechatronische Systeme und Prozesse"

Zum Seitenanfang