Metallteile mit Licht reparieren

Wenn Maschinenteile beschädigt sind, kann es sich lohnen, sie zu reparieren statt sie auszutauschen. So werden Turbinenschaufeln durch Laserstrahl-Auftragschweißen instand gesetzt. Neben vielen anderen Rapid-Prozessen wird es auf der Konferenz Euro-uRapid vorgestellt (Leipzig, 10.-12. Mai).

Wie alle Maschinenteile sind auch Rotoren von Turbinen und Flugzeugtriebwerken den Gesetzen allen Irdischen unterworfen: Vielfältige Einflüsse im rauhen Betrieb setzen ihnen zu. In einer neuen, als „Bladed Disks“ (Blisks) bezeichneten Bauweise werden sie nicht mehr wie früher aus mehreren Teilen zusammengesetzt, sondern aus Gründen der Festigkeit, Kompaktheit und Wirtschaftlichkeit in einem Stück gefertigt. Sollten jedoch die Schaufeln (Blades) zu sehr verschlissen oder etwa durch Vogelschlag beschädigt sein, lassen sie sich nicht mehr einfach von der Scheibe (Disk) abnehmen und austauschen. „Eine neue Blisk schlägt mit typischerweise 35 000 bis 60 000 Euro zu Buche“, weiß Steffen Nowotny, Leiter der Abteilung Thermische Beschichtungsverfahren am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS. „Sechs- bis siebenmal kostengünstiger ist eine Instandsetzung durch Direct Metal Deposition, das auf dem Laserstrahl-Präzisionsauftragschweißen basiert. In der Luftfahrtindustrie ist dieses Reparaturverfahren im Kommen – im Fahrzeugbau werden Umformwerkzeuge damit bereits serienmäßig wieder auf Vordermann gebracht.“

Beim Laserstrahl-Auftragschweißen handelt es sich um ein generierendes Fertigungsverfahren, das gegenüber spanenden immer dann im Vorteil ist, wenn Einzelstücke oder kleinere Serien schnell erzeugt oder eben individuell repariert werden sollen. Zunächst wird das beschädigte Bauteil dreidimensional gescannt. Ein Computerprogramm vergleicht die Ist- mit den Sollmaßen und berechnet das fehlende Stück. Eine am Institut entwickelte Software steuert auch die Bahn des Lasers, der Pulver aus Titanlegierungen aufschweißt und so die schadhafte Stelle aus vielen „Schweißraupen“ schichtweise rekonstruiert. Die gesamte Prozesskette ist geschlossen und läuft von der Datenerfassung über das Schweißen bis zur Endbearbeitung automatisiert ab.

Nowotny wird über den Einsatz dieses Reparaturverfahrens auf der Euro-uRapid referieren. Die internationale Konferenz für Anwender von Rapid-Technologien findet in ihrem sechsten Jahr vom 10. bis 12. Mai in Leipzig statt. „Im Mittelpunkt stehen neue und effiziente Lösungen für individualisierte Produkte in Industrie, Medizin und Medizintechnik“, fasst ihr Koordinator Rudolf Meyer zusammen. Der Leiter der Fraunhofer-Allianz Rapid-Prototyping konnte nicht nur Referenten aus den eigenen Reihen gewinnen, sondern auch Experten zahlreicher Weltunternehmen wie Boeing, Volkswagen und Whirlpool. Gemeinsam mit Rapid-Dienstleistern und Forschern präsentieren sie aktuelle Trends, Lösungen sowie Handlungs- und Kooperationsbedarf.