Technologie Laserauftragschweißen ... - TRUMPF Laser
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<strong>Technologie</strong> <strong>Laser</strong>auftragschweißen<br />
<strong>Technologie</strong>tag Medizintechnik<br />
Hamburg 14.02.2013<br />
Jürgen Metzger<br />
Management <strong>Laser</strong> Surface Treatments<br />
<strong>TRUMPF</strong> <strong>Laser</strong>- und Systemtechnik<br />
Ditzingen, Germany<br />
LMD for medical applications © <strong>TRUMPF</strong> - confidential<br />
18.03.2013
<strong>Laser</strong>auftragschweißen<br />
• Beim <strong>Laser</strong>auftragschweißen dient der <strong>Laser</strong>strahl dem Aufschmelzen und<br />
gleichzeitigem Aufbringen eines Zusatzwerkstoffes<br />
• Da sowohl Substrat als auch Zusatzwerkstoff aufgeschmolzen werden <br />
metallurgischer Verbund<br />
<strong>Laser</strong>basierte Verfahren zur Herstellung von Schichtsystemen © <strong>TRUMPF</strong> – 5. MATERIALICA Surface Congress<br />
TLD262ca- 19.10.2011
Herstellung von Schichtsystemen und Reparatur<br />
• Erhöhung der Verschleißbeständigkeit<br />
• Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit<br />
<strong>Laser</strong>auftragschweißen<br />
als<br />
Beschichtungsverfahren<br />
<strong>Laser</strong>auftragschweißen<br />
zur<br />
Reparatur von<br />
Bauteilen<br />
• Lokale Reparatur / Instandsetzung von Bauteilen<br />
• Änderung vom Design<br />
Reparatur<br />
(Beispiel)<br />
Beschichtete Fläche<br />
<strong>Laser</strong>auftragschweißen© <strong>TRUMPF</strong> vertraulich 18.03.2013<br />
3
Vorteile vom <strong>Laser</strong>auftragschweißen<br />
1<br />
2<br />
Reduzierte thermische Belastung / Verzug<br />
Reduzierte Aufmischung<br />
3<br />
4<br />
5<br />
Erhöhte Reproduzierbarkeit<br />
Erhöhter Pulverwirkungsgrad<br />
Endkonturnahe Beschichtungen: ↓ mechanische Nachbearbeitung<br />
6<br />
Metallurgischer Verbund zwischen Schicht und Substrat<br />
7<br />
Beschichten von geometrisch komplexen Geometrien möglich<br />
<strong>Laser</strong>auftragschweißen© <strong>TRUMPF</strong> vertraulich 18.03.2013<br />
4
Vorteile vom <strong>Laser</strong>auftragschweißen: Beschichtung<br />
vom Ventilsitz<br />
1 Reduzierte thermische Belastung / Verzug<br />
2<br />
5<br />
7<br />
Reduzierte Aufmischung<br />
Endkonturnahe Beschichtungen<br />
Beschichten von 2D- und 3D-Bauteilen<br />
Beschichteter Ventilsitz<br />
Beschichteter Ventilsitz<br />
Schliffbild vom<br />
Schichtsystem<br />
<strong>Laser</strong>auftragschweißen© <strong>TRUMPF</strong> vertraulich 18.03.2013<br />
5
Vorteile vom <strong>Laser</strong>auftragschweißen: Beschichtung<br />
vom Ventilsitz (II)<br />
2<br />
Reduzierte Aufmischung<br />
59<br />
53<br />
Beschichtung<br />
5<br />
Endkonturnahe Beschichtungen<br />
47<br />
41<br />
Härtemessungen<br />
250 µm<br />
Schicht (Kobaltbasislegierung)<br />
Härte [HRC]<br />
35<br />
29<br />
23<br />
18<br />
Substrat<br />
12<br />
6<br />
Substrat<br />
0<br />
2 4 6 8 10<br />
Schliffbild vom Schichtsystem<br />
Messpunkt (0,1mm/Punkt)<br />
<strong>Laser</strong>auftragschweißen© <strong>TRUMPF</strong> vertraulich 18.03.2013<br />
6
Prozessparameter und Einflussgrößen<br />
• Grundmaterial und Vorbehandlungszustand<br />
• Zusatzwerkstoff: Herstellungsverfahren und Korngrößenverteilung<br />
• Technologische Parameter:<br />
- <strong>Laser</strong>leistung<br />
- Vorschubgeschwindigkeit und Bewegungsform<br />
- Pulverförderrate<br />
- Spurüberlappung<br />
- Volumenströme (Träger- und Schutzgas)<br />
<strong>Laser</strong>auftragschweißen© <strong>TRUMPF</strong> vertraulich 18.03.2013<br />
7
Einsatzgebiete<br />
• Land- und Baumaschinen<br />
• Petrochemische Industrie<br />
• Schwerindustrie<br />
• Medizintechnische Anwendungen<br />
• Turbinenkomponenten<br />
<strong>Laser</strong>auftragschweißen© <strong>TRUMPF</strong> vertraulich<br />
18.03.2013
LMD für medizinische Anwendungen<br />
• Orthopädische Implantate sind so gestaltet, dass sie über die Lebzeit enormen<br />
Belastungen stand halten können. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden,<br />
sind sie oft aus zwei unterschiedlichen Materialien aufgebaut:<br />
Beschichtung (CoCr-alloy, Ti-alloy,<br />
stainless steel etc.)<br />
Trägermaterial<br />
• Medizinische Instrumente werden in der Regel auf mit einer biokompatieblen,<br />
verschleißbeständigen Schicht versehen.<br />
• Darüber hinaus, können mit LMD 3 dimensionale Volumina mit definierter<br />
Geometrie aufgebaut werden.<br />
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Medizinische Anwendungen<br />
Local deposits on<br />
stents<br />
By courtesy of Fraunhofer ILT<br />
(Aachen, Germany) and<br />
Angiomed GmbH (Karlsruhe,<br />
Germany)<br />
Generation of structures<br />
Prosthetic<br />
devices<br />
Surgery tools<br />
By courtesy of Additive<br />
Manufacturing<br />
Laboratory, South<br />
Dakota School of Mines<br />
and Technology<br />
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Beschichtung von Scheren mit Co-Basis Legierung<br />
Vorteile gegenüber manuellem Auftrag:<br />
• near net-shape Beschichtung<br />
• niedriege Bearbeitungszeit<br />
• Härte > 60 HRC<br />
Rechts: manuel mit Draht<br />
links: <strong>Laser</strong> Metal Deposition<br />
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Karbidschichten<br />
Beispiel: Nadelhalter<br />
Coating material: WC-Ni<br />
Carbides<br />
Base material: 1.4021<br />
250 µm<br />
• Dicke ca. 1.2 mm<br />
• homogene Karbidverteilung<br />
• Karbidanteil ca. 50%<br />
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Komponenten für das <strong>Laser</strong>auftragschweißen<br />
<strong>Laser</strong>quelle<br />
Pulverförderer<br />
Bearbeitungsoptik mit Pulverdüse<br />
Handlingsgerät<br />
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Off-line Programmiersystem<br />
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Zusammenfassung<br />
• Das <strong>Laser</strong>auftragschweißen eignet sich sehr gut zur Beschichtung bzw. Reparatur<br />
von medizinischen Instrumenten oder Implantaten<br />
• Es können sehr definierte Schichten hinsichtlich Geometrie wie auch<br />
Werkstoffeigenschaften aufgetragen werden<br />
• Abhängig von der Geometrie und der Größe des Bauteils kommen Tru<strong>Laser</strong> Cell<br />
7000 oder 3000 oder die Tru<strong>Laser</strong> Robot 5020 zum Einsatz<br />
• <strong>TRUMPF</strong> liefert schlüsselfertige Lösungen (<strong>Technologie</strong>paket, Handlingssystem<br />
<strong>Laser</strong>quelle und Offline Programmierung) für das <strong>Laser</strong>auftragschweißen.<br />
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Management <strong>Laser</strong> Surface Treatments<br />
<strong>TRUMPF</strong> <strong>Laser</strong>- und Systemtechnik<br />
Johann Mausstraße 2<br />
71254 Ditzingen<br />
Germany<br />
Phone: +49 7156/303 - 36194<br />
Email: juergen.metzger@de.trumpf.com<br />
antonio.candel-ruiz@de.trumpf.com<br />
Internet: www.trumpf.com<br />
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