Duurzaam herstellen en produceren van hoogwaardige producten met lasertechnologie

Transcriptie

1 26/01/2012 Duurzaam herstellen en produceren van hoogwaardige producten met lasertechnologie Marleen Rombouts Lasercentrum Vlaanderen, Vito, Mol (België) Benelux Laserevent 2012, Mol, Belgium

2 Lasercladden Intro Proces: Case studies Product: Materiaal eigenschappen Slotwoord 2

3 Lasercladden: Additief proces Laser Metaal gebaseerd poeder Oplaskop Software Machine: Robot / CNC Opgelaste laag / opgebouwde structuur 3

4 Mogelijkheden: macro micro film Hoge productiviteit - Oppervlaktelaag op metalen Materiaal gedeponeerd in lasrupsen naast elkaar Hoge nauwkeurigheid - Opbouw van drie-dimensionale structuren Materiaal gedeponeerd in lasrupsen naast en op elkaar Laser spot 3 kw diode laser op robot 7 kw fiber laser op 7-assige CNC machine Infrastructuur op Vito Configuratie (laser, nozzle,..) aan te passen aan toepassing 4

5 Lasercladden Intro Proces: Case studies Product: Materiaal eigenschappen Slotwoord 5

6 Laser cladden, een duurzame oplossing om: Hoogwaardige, evt. complexe componenten lokaal te herstellen Herstellen compressor wiel van stoomturbine lokale herstelling op buitendiameter (4 mm hoog) minimale vervorming: rivetten niet loskomen geen scheuren in laag of substraat goede hechting van laag op wiel Analyse Minstens 80% materiaalverlies bij conventionele productie: beide delen gefreesd van resp. 50mm (172 kg) and 25mm dikke plaat (86kg). Lasercladden: slechts 0,3% materiaal verbruikt + tijdswinst 6

7 Laser cladden, een duurzame oplossing om: Product met complex ontwerp efficient produceren Op conventioneel geproduceerde component of bottom-up Dankzij meerassigheid grote vrijheid in design Trumpf Vito Vito 7 Vito

8 Laser cladden, een duurzame oplossing om: Producten met optimale functionaliteit te produceren Combinatie goedkoop basismateriaal en materiaal met hogere corrosie- / slijtvastheid Landbouw en constructie machines Petrochemische industrie Zware industrie Medische instrumenten Turbine motoren Trumpf 8

9 Lasercladden Intro Proces: Case studies Product: Materiaal eigenschappen Slotwoord 9

10 Toevoeg materialen M2 steel Stellite 21 Fe based Co based Stainless, tool, Stellites Ni based Ni-Cr-B-Si Inconel, NiCrBSi, Ni + WC Ti + WC Al-12Si MMC = Metal Matrix Composite Ti-based Al-based Substraten: staal met hoog koolstofequivalent voorverwarming vereist (bv. inductief) 10

11 Algemene eigenschappen van finaal product Met betrekking tot onderliggend materiaal (cfr. herstellingen): Geringe vermenging met het toevoegmateriaal (5-10%) samenstelling aan oppervlak na 1 laag = samenstelling toevoegmateriaal (in tegenstelling tot bij klassiek oplassen) sterke metallurgische binding Weinig warmte inbreng weinig vervorming / beinvloeding van kern Met betrekking tot aangebracht materiaal: Weinig tot geen porositeiten Homogene samenstelling Hoge stolsnelheid fijne microstructuur (hardheid ), vorming van nietevenwichtsfasen en -structuur 11

12 Materiaal eigenschappen van finaal product» Bepaald door geselecteerd toevoegmateriaal ifv optimale functionaliteit Mogelijkheid om materiaalsamenstelling in opgebouwd product te variëren om optimale functionaliteit te bekomen (FGM) vb n van combinaties: magnetisch + niet magnetisch; hard & bros + zacht & vervormbaar» Functionaliteit wordt bepaald door:» Bulk eigenschappen (mechanische, geleidbaarheid, ) na lasercladden» Oppervlakte eigenschappen (slijtage / corrosie) na lasercladden 12

13 Bulk eigenschappen : RVS AISI316L Mechanische eigenschappen 1.2 mm laserspot; 300 mm³/min; zonder inerte kamer Sterkte en ductiliteit zijn beter dan conventioneel roestvast staal 316L 13

14 Oppervlakte eigenschappen: metaal keramiek Laser cladding Metaal poeder Keramisch poeder: bv µm wolfraam carbide Slijtvaste metaal matrix composiet deklaag Door snelle afkoeling en geringe warmte-inbreng: carbides lossen minimaal op hoge hardheid in ductiele matrix behouden! 14

15 Slijtvaste carbide houdende deklagen Analyse slijtage (tribologische) testen» Logaritmische daling van slijtage met % carbides» 60wt% WC resulteerd in een daling van de slijtage met een factor

16 Lasercladden Intro Proces: Case studies Product: Materiaal eigenschappen Slotwoord 16

17 Slotwoord lasercladden» = toevoegen van materiaal op mogelijks bestaand product via laser smelten van poeder/draad» Duurzame oplossing:» Optimale functionaliteit van product» Grote vrijheid in materialen (metalen, metaal-keramiek), gradient mogelijk» Grote vrijheid in design» Efficient materiaalgebruik» Complexe herstellingen met zelfs verbeterde functionaliteit mogelijk» Kortere levertermijn Kostenbesparend Dank u voor uw aandacht! 17