Laserauftragsschweißen mit Draht
Laserauftragsschweißen mit Draht verbindet einen präzise steuerbaren Laserprozess mit den Vorteilen metallischer Schweißdrähte. Das Verfahren eignet sich für die Reparatur und Instandsetzung von Metallbauteilen, für funktionale Beschichtungen sowie für den additiven Aufbau dreidimensionaler Geometrien.
Bei OSCAR PLT nutzen wir Laserauftragsschweißen mit Draht insbesondere dort, wo Material gezielt und reproduzierbar aufgebracht werden soll und gleichzeitig ein kontrollierter Wärmeeintrag, geringe Nacharbeit und eine hohe Materialeffizienz gefragt sind.
Im Unterschied zum Laserauftragsschweißen mit Pulver wird der Zusatzwerkstoff als Draht direkt in die Prozesszone geführt und nahezu vollständig aufgeschmolzen. Pulververluste durch Overspray oder Absaugung werden dadurch vermieden. Gleichzeitig ermöglicht der Laser einen lokal begrenzten und gezielt regelbaren Energieeintrag. Dadurch lassen sich beschädigte Bauteilbereiche rekonstruieren, Funktionsflächen beschichten oder neue Geometrien endkonturnah aufbauen.
Mit unserer ProFocus-Technologie verbinden wir den Laser-Draht-Prozess mit Prozesssteuerung, Sensorik und Engineering-Know-how. OSCAR PLT unterstützt von der Auswahl geeigneter Drahtwerkstoffe über Machbarkeitsstudien und Prozessentwicklung bis zur Integration des Laserauftragsschweißens in bestehende CNC-, Roboter- oder Fertigungssysteme.
Was ist Laserauftragsschweißen mit Draht?
Beim Laserauftragsschweißen mit Draht, auch als Laserdrahtauftragsschweißen, Draht-LMD oder LMD-W bezeichnet, wird ein metallischer Draht mithilfe eines Laserstrahls aufgeschmolzen und gezielt auf ein Bauteil aufgetragen.
Das Verfahren gehört zur Gruppe der Directed Energy Deposition (DED) und wird unter anderem für Reparatur, Beschichtung und additive Fertigung eingesetzt.
Der Prozess läuft vereinfacht in vier Schritten ab:
- Der Laser erzeugt lokal ein definiertes Schmelzbad auf der Oberfläche des Grundwerkstoffs.
- Ein metallischer Zusatzwerkstoff wird als Draht kontinuierlich in die Prozesszone geführt.
- Draht und Grundwerkstoff werden kontrolliert aufgeschmolzen und metallurgisch miteinander verbunden.
- Durch die Bewegung von Bearbeitungskopf und Bauteil entstehen einzelne Schweißraupen und daraus weitere Schichten oder dreidimensionale Strukturen.
Im Gegensatz zu lichtbogenbasierten Auftragschweißverfahren lässt sich die Energie beim Laserauftragsschweißen lokal konzentrieren und präzise regeln. Dadurch können Einbrand, Aufmischung und Wärmeeintrag an die jeweilige Bauteil- und Werkstoffanforderung angepasst werden.
Welche Vorteile bietet Laserauftragsschweißen mit Draht?
Hohe Materialeffizienz
Beim Drahtprozess gelangt der Zusatzwerkstoff gezielt in die Schmelzzone und wird nahezu vollständig verarbeitet. Pulververluste durch Overspray oder Absaugung entstehen nicht. Besonders bei hochwertigen oder kostenintensiven Zusatzwerkstoffen kann dies die Wirtschaftlichkeit des Prozesses verbessern.
Kontrollierter Wärmeeintrag und geringer Verzug
Durch den lokal begrenzten Laserenergieeintrag lassen sich Wärmeeinflusszone, Einbrand und Aufmischung gezielt beeinflussen. Das ist insbesondere bei Reparaturen, dünnwandigen Geometrien oder thermisch empfindlichen Bauteilen von Vorteil. Ein angepasster Prozess kann Verzug und den Aufwand für nachgelagerte Bearbeitung reduzieren.
Einfaches Materialhandling ohne Metallpulver
Schweißdraht lässt sich vergleichsweise unkompliziert lagern, transportieren und zuführen. Gleichzeitig entfallen die für Metallpulver typischen Anforderungen an Pulverhandling und den Umgang mit feinen Partikeln. Auch etablierte Schweißdrähte sowie – abhängig von der Anwendung – Fülldrähte können eingesetzt werden.
Hohe Automatisierbarkeit und Reproduzierbarkeit
Laserleistung, Drahtvorschub, Bewegungsgeschwindigkeit und weitere Prozessparameter lassen sich digital steuern und miteinander synchronisieren. Dadurch eignet sich Laserauftragsschweißen mit Draht sowohl für automatisierte Roboteranlagen als auch für CNC-Systeme, kompakte Laserzellen und anwendungsspezifische Sondermaschinen.
Endkonturnaher Materialauftrag
Durch eine geeignete Abstimmung von Drahtdurchmesser, Laserleistung, Vorschub und Prozessführung lassen sich definierte Schweißraupen und endkonturnahe Strukturen erzeugen. Das reduziert den Materialüberschuss und kann den Aufwand für Fräsen, Schleifen oder andere nachgelagerte Bearbeitungsschritte verringern.
Reparieren statt ersetzen
Besonders interessant ist Laserauftragsschweißen mit Draht bei hochwertigen, großen oder schwer verfügbaren Bauteilen. Verschlissene Bereiche können lokal wieder aufgebaut werden, ohne das gesamte Bauteil ersetzen zu müssen. Dadurch kann sich die Technologie sowohl wirtschaftlich als auch im Hinblick auf Material- und Ressourceneinsatz lohnen.
Laserauftragsschweißen mit Draht, Pulver oder Lichtbogen – wo liegen die Unterschiede?
Für den metallischen Materialauftrag stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. Ob Draht, Pulver oder ein lichtbogenbasierter Prozess die beste Lösung ist, hängt insbesondere von Bauteilgeometrie, Werkstoff, gewünschter Auftragsrate, erforderlicher Detailgenauigkeit und den wirtschaftlichen Randbedingungen ab.
Laserauftragsschweißen mit Draht eignet sich besonders, wenn:
- eine hohe Materialausnutzung wichtig ist,
- Pulverhandling vermieden werden soll,
- etablierte Schweißdrähte oder Fülldrähte eingesetzt werden sollen,
- Reparaturen oder dreidimensionale Aufbauten reproduzierbar automatisiert werden sollen,
- ein kontrollierter Wärmeeintrag gefordert ist,
- Material endkonturnah aufgebracht werden soll.
Laserauftragsschweißen mit Pulver bietet Vorteile, wenn:
- sehr kleine oder feine Strukturen erzeugt werden sollen,
- spezielle Werkstoffzusammensetzungen nur als Pulver verfügbar sind,
- unterschiedliche Pulver gezielt gemischt werden sollen,
- funktionale Beschichtungen mit speziellen Legierungen im Vordergrund stehen.
Lichtbogenbasierte Auftragsverfahren können vorteilhaft sein, wenn:
- besonders hohe Auftragsleistungen gefordert sind,
- größere Schweißraupen und Materialvolumina benötigt werden,
- ein höherer Wärmeeintrag für das Bauteil unkritisch ist,
- eine nachgelagerte mechanische Bearbeitung ohnehin vorgesehen ist.
Eine pauschal beste Technologie gibt es nicht. Entscheidend ist, welches Verfahren für Bauteil, Werkstoff, Geometrie und Stückzahl den besten technischen und wirtschaftlichen Kompromiss bietet.
Mit ProFocus können sowohl Draht- als auch Pulverwerkstoffe verarbeitet werden. Dadurch lässt sich die Prozessstrategie an die jeweilige Anwendung anpassen.
Typische Anwendungen für Laserauftragsschweißen mit Draht
Laserauftragsschweißen mit Draht wird eingesetzt, wenn metallisches Material lokal ergänzt, eine verschlissene Geometrie rekonstruiert oder eine neue Struktur aufgebaut werden soll.
Reparatur und Instandsetzung verschlissener Bauteile
Verschlissene Bereiche an Wellen, Lager- und Passsitzen, Dichtflächen, Verzahnungen oder anderen Funktionsflächen können lokal wieder aufgebaut werden. Das vorhandene Bauteil bleibt dabei weitgehend erhalten – insbesondere bei hochwertigen Komponenten kann dies eine wirtschaftliche Alternative zum Neuteil darstellen.
Funktionale Beschichtungen und lokale Verstärkungen
Bestimmte Bauteilbereiche können gezielt mit zusätzlichen oder funktional angepassten Werkstoffen versehen werden. So können beispielsweise hoch beanspruchte Zonen lokal verstärkt werden, ohne das gesamte Bauteil aus einem entsprechend hochlegierten Werkstoff fertigen zu müssen.
Additive Fertigung mit Draht
Beim schichtweisen Aufbau lassen sich dreidimensionale Metallstrukturen direkt auf bestehenden Komponenten oder auf einer Grundplatte erzeugen. Laserauftragsschweißen mit Draht eignet sich damit auch für additive Fertigung, hybride Fertigungsprozesse und die Erweiterung bestehender Bauteilgeometrien.
Reparatur anspruchsvoller Werkstoffe
Durch die gezielte Steuerung des Energieeintrags kann der Laser-Draht-Prozess auch für Werkstoffe interessant sein, bei denen die Wärmeeinbringung besonders sorgfältig kontrolliert werden muss. Dazu gehören je nach Anwendung beispielsweise Gusswerkstoffe, Werkzeugstähle, hochfeste Stähle oder Titanlegierungen.
Die geeigneten Prozessparameter müssen dabei immer werkstoff- und bauteilspezifisch ermittelt werden.
Mobile Reparatur großer Bauteile
Laserauftragsschweißen mit Draht kann auch in mobile oder flexible Bearbeitungssysteme integriert werden. Dadurch lassen sich große oder schwer transportierbare Komponenten unter geeigneten Randbedingungen direkt am Einsatzort bearbeiten, anstatt sie vollständig auszubauen und zu einer externen Reparaturstelle zu transportieren.
Welche Drahtwerkstoffe können beim Laserauftragsschweißen eingesetzt werden?
Ein wesentlicher Vorteil des Drahtprozesses ist die große Auswahl etablierter metallischer Schweißzusatzwerkstoffe.
Abhängig von Grundwerkstoff, gewünschter Funktion und Prozessanforderung können beispielsweise geeignete Drähte auf Basis von
- Stahl und Edelstahl,
- Werkzeugstahl,
- Nickellegierungen,
- Titanlegierungen
- sowie weiteren anwendungsspezifischen Legierungen
eingesetzt werden.
Auch Fülldrähte können für bestimmte Anwendungen interessant sein.
Welche Kombination aus Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff technisch sinnvoll ist, lässt sich jedoch nicht allein über die Werkstoffbezeichnung entscheiden. Entscheidend sind unter anderem Schweißbarkeit, thermische Eigenschaften, Aufmischung, gewünschte Schichteigenschaften und die spätere Belastung des Bauteils. Deshalb gehört die Werkstoffauswahl zu den zentralen Schritten einer Machbarkeits- und Prozessbewertung.
Welche Prozessparameter beeinflussen Laserauftragsschweißen mit Draht?
Ein stabiler und reproduzierbarer Laser-Draht-Prozess entsteht durch das Zusammenspiel mehrerer Parameter.
Besonders relevant sind:
- Laserleistung und Energieverteilung,
- Drahtdurchmesser und Drahtvorschub,
- Vorschubgeschwindigkeit,
- Position des Drahts im Schmelzbad,
- Spurbreite und Schichthöhe,
- Schutzgasführung,
- Abstand zwischen Bearbeitungskopf und Bauteil,
- Werkstoff und Ausgangsgeometrie,
- Temperaturentwicklung während des mehrlagigen Aufbaus.
Die einzelnen Parameter können nicht unabhängig voneinander betrachtet werden. Wird beispielsweise der Drahtvorschub verändert, müssen unter Umständen auch Energieeintrag und Bewegungsgeschwindigkeit angepasst werden. Gerade bei komplexen Geometrien oder mehrlagigen Aufbauten sind deshalb Prozessregelung und reproduzierbare Bahnplanung entscheidend.
ProFocus für Laserauftragsschweißen mit Draht
Mit ProFocus hat OSCAR PLT ein modulares Laserauftragsschweißsystem für Draht und Pulver entwickelt. Sechs individuell ansteuerbare Laserstrahlen sind konzentrisch um die zentrale Zusatzwerkstoffzuführung angeordnet. Die koaxiale Drahtzuführung ermöglicht eine richtungsunabhängige Bearbeitung und erleichtert damit insbesondere automatisierte Prozesse und komplexe Bahnbewegungen.
Im Drahtprozess bietet ProFocus unter anderem:
- koaxiale Drahtzuführung für richtungsunabhängige Bearbeitung,
- Verarbeitung unterschiedlicher Drahtwerkstoffe,
- Einsatz geeigneter Fülldrähte,
- definierte Steuerung des Energieeintrags über sechs Laserstrahlen,
- kontrollierten Einbrand und geringe Aufmischung,
- Integration in CNC-Systeme, Roboter oder mobile Anlagen,
- Kombination von Draht- und Pulverprozessen innerhalb einer Systemplattform.
Damit lässt sich ProFocus sowohl für Reparaturen und Beschichtungen als auch für den additiven Aufbau metallischer Strukturen einsetzen.
Für wen lohnt sich Laserauftragsschweißen mit Draht?
Das Verfahren ist insbesondere für Unternehmen interessant, die hochwertige Metallbauteile herstellen, instand setzen oder vor Verschleiß schützen möchten.
Typische Ausgangssituationen sind:
- Ein Bauteilersatz ist teuer oder mit langen Lieferzeiten verbunden.
- Nur einzelne Bereiche eines Bauteils sind verschlissen.
- Hochwertige Grundkörper sollen weiterverwendet werden.
- Material soll nur dort eingesetzt werden, wo es tatsächlich benötigt wird.
- Reparatur- oder Aufbauprozesse sollen automatisiert und reproduzierbar werden.
- Konventionelle Schweißprozesse verursachen zu viel Wärmeeintrag oder Nacharbeit.
Anwendungen finden sich unter anderem im:
- Maschinen- und Anlagenbau,
- Werkzeugbau,
- Bergbau und in der Rohstoffindustrie,
- Stahl- und Walzwerksbereich,
- Energie- und Kraftwerksbereich,
- Gießereiwesen,
- Reparatur- und Instandhaltungsbereich.
Entscheidend ist dabei weniger die Branche als das konkrete Bauteilproblem: Wo lokal metallisches Material ergänzt werden muss, kann Laserauftragsschweißen mit Draht eine technisch und wirtschaftlich interessante Lösung sein.
Wie wirtschaftlich ist Laserauftragsschweißen mit Draht?
Die Wirtschaftlichkeit lässt sich nicht allein über die Kosten des Schweißprozesses bewerten.
Relevant sind unter anderem:
- Wert und Wiederbeschaffungszeit des vorhandenen Bauteils,
- Umfang des beschädigten oder verschlissenen Bereichs,
- Materialkosten,
- Prozess- und Bearbeitungszeit,
- erforderliche Vor- und Nachbearbeitung,
- Stillstandskosten,
- Automatisierungsgrad,
- Stückzahl beziehungsweise Wiederholhäufigkeit der Anwendung.
Besonders attraktiv kann der Prozess sein, wenn ein hochwertiges Bauteil nur lokal verschlissen ist und durch gezielten Materialauftrag wiederverwendet werden kann. Statt ausschließlich die Kosten für Neuteil und Reparatur gegenüberzustellen, sollte deshalb der gesamte Prozess betrachtet werden – einschließlich Lieferzeit, Maschinenstillstand, Materialverbrauch und Nachbearbeitung.
So unterstützt OSCAR PLT beim Laserauftragsschweißen mit Draht
OSCAR PLT betrachtet nicht nur den Laserprozess, sondern die gesamte Anwendung – vom Bauteilproblem bis zur fertigen Prozesslösung.
1. Bauteil und Anwendung analysieren
Zunächst betrachten wir Geometrie, Grundwerkstoff, Schadensbild beziehungsweise gewünschte Aufbaugeometrie, Belastung und wirtschaftliche Anforderungen.
2. Verfahren und Zusatzwerkstoff auswählen
Anschließend bewerten wir, ob Draht, Pulver oder eine Kombination der Verfahren für die jeweilige Anwendung sinnvoll ist und welcher Zusatzwerkstoff eingesetzt werden kann.
3. Machbarkeit untersuchen und Prozess entwickeln
Anhand von Versuchen und Musterbauteilen werden geeignete Prozessparameter entwickelt und die erreichbaren Ergebnisse bewertet. Dabei können je nach Aufgabenstellung beispielsweise Geometrie, Materialauftrag, Oberflächenqualität, Gefüge oder notwendige Nachbearbeitung untersucht werden.
4. Prozess automatisieren und integrieren
Ist der Prozess validiert, kann er in ein geeignetes Produktionssystem übertragen werden. Je nach Anwendung reicht das vom einzelnen ProFocus-Bearbeitungskopf über die Integration in vorhandene CNC- oder Robotersysteme bis zur schlüsselfertigen Laserzelle.
5. Prozesswissen übertragen
Durch Schulungen, Prozessbegleitung und Anlagenservice unterstützen wir dabei, Laserauftragsschweißen mit Draht dauerhaft reproduzierbar in der Fertigung einzusetzen.
Ist Laserauftragsschweißen mit Draht für Ihr Bauteil geeignet?
Ob der Laser-Draht-Prozess technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist, hängt von Bauteil, Werkstoff, Geometrie, Schadensbild und gewünschtem Ergebnis ab.
OSCAR PLT unterstützt Sie dabei, diese Frage nicht nur theoretisch, sondern anhand Ihrer konkreten Anwendung zu beantworten. Von der ersten Machbarkeitsbewertung über Prozessversuche und Musterbauteile bis zur Integration in die Fertigung entwickeln wir gemeinsam eine passende Lösung für Reparatur, Beschichtung oder additive Fertigung mit Draht.