Marleen Rombouts Lasercentrum Vlaanderen, Vito, Mol (België)

Transcriptie

1 26/01/2012 Lasercladden, een duurzaam proces voor het produceren en herstellen van componenten Marleen Rombouts Lasercentrum Vlaanderen, Vito, Mol (België)

2 Lasercentrum Vlaanderen Vito: Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek Autonome onderzoeksorganisatie met NV statuut 630 mensen en een jaarlijks budget van 80 MEUR Brug tussen wetenschappelijke kennis en industriële toepassingen of overheidsbeleid X LCV: Lasercentrum Vlaanderen Opgericht in 1998 binnen VITO-structuur Strategisch onderzoek op vlak van additive manufacturing via lasercladden Toegepast industrieel onderzoek Haalbaarheidstudies Demonstratiecentrum Technologietransfer (Inter)nationale projecten Voornaamste activiteiten: (hybride) laser lassen & laser cladden 12 lasers, vermogen van 100W 20 kw 2

3 Lasercladden Intro Proces: Case studies Product: Materiaal eigenschappen Slotwoord 3

4 Additive manufacturing CAD design Software Additief Proces Evt. uit scandata reverse engineering Nabewerking Near-net shape techniek Bron: Wikipedia 4

5 Lasercladden: Additief proces Laser Materiaal Oplaskop Software Machine: Robot / CNC Opgelaste laag / opgebouwde structuur 5

6 Build direction Lasercladden: Software Software» CAD tekening van op te bouwen structuur» Software die omgekeerde doet van multi-assige frees software, zowel voor CNC als robot» Opdelen in opeenvolgende 2D lagen» Lagen niet noodzakelijk vlak» Per laag scanstrategie controleerbaar 6

7 Lasercladden: basisprincipe NIET in een poederbed! SLM (Inerte kamer) (Inerte kamer) Poeder + inert gas of draad Poeder- en transportgas Laser V Beschermgas Smeltbad Metaal gebaseerd poeder Poederdebiet gecontroleerd via volumetrische feeders 7

8 Lasercladden: bewerkingskop» Bewerkingskop te kiezen a.f.v. vereisten» Complexe vormen - coaxiaal, rotatie tot 90» Poederfocus» Fijne structuren coaxiaal, fijne focus» Poeder efficientie / productiviteit» Inwendige oppervlakken» filmpje 8

9 Mogelijkheden: macro micro 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 9

10 Lasercladden Intro Proces: Case studies Product: Materiaal eigenschappen Slotwoord 10

11 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 12

12 Laser cladden, een duurzame oplossing om: Product met complex ontwerp efficient produceren Op conventioneel geproduceerde component of bottom-up filmpje Dankzij meerassigheid grote vrijheid in design Vito Vito 13 Vito

13 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 14

14 Lasercladden Intro Proces: Case studies Product: Materiaal eigenschappen Slotwoord 15

15 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) 16

16 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 17

17 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 18

18 Lasercladden Intro Proces: Case studies Product: Materiaal eigenschappen Slotwoord 28

19 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! Altijd welkom op onze stand 29

20 30