26/01/2012
Duurzaam herstellen en produceren van hoogwaardige producten met lasertechnologie Marleen Rombouts Lasercentrum Vlaanderen, Vito, Mol (België)
[email protected]
Benelux Laserevent 2012, Mol, Belgium
Lasercladden
Intro Proces: Case studies Product: Materiaal eigenschappen Slotwoord BLE 2012 2 © 2010, VITO NV
All rights reserved
Lasercladden: Additief proces Laser
Metaal gebaseerd poeder
Oplaskop Software
Machine: Robot / CNC
Opgelaste laag / opgebouwde structuur
BLE 2012 3 © 2010, VITO NV
All rights reserved
Mogelijkheden: macro micro Laser spot
film Hoge productiviteit Oppervlaktelaag op metalen
3 kW diode laser op robot
Materiaal gedeponeerd in ‘lasrupsen’ naast elkaar
Infrastructuur op Vito
Hoge nauwkeurigheid Opbouw van drie-dimensionale structuren Materiaal gedeponeerd in ‘lasrupsen’ naast en op elkaar
7 kW fiber laser op 7-assige CNC machine
Configuratie (laser, nozzle,..) aan te passen aan toepassing BLE 2012 4 © 2010, VITO NV
All rights reserved
Lasercladden
Intro Proces: Case studies Product: Materiaal eigenschappen Slotwoord BLE 2012 5 © 2010, VITO NV
All rights reserved
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
BLE 2012 6 © 2010, VITO NV
All rights reserved
Laser cladden, een duurzame oplossing om: Product met ‘complex’ ontwerp efficient produceren Op conventioneel geproduceerde component of bottom-up
Trumpf Dankzij meerassigheid grote vrijheid in design Vito
Vito
Vito
BLE 2012 7
© 2010, VITO NV
All rights reserved
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 BLE 2012 8 © 2010, VITO NV
All rights reserved
Lasercladden
Intro Proces: Case studies Product: Materiaal eigenschappen Slotwoord BLE 2012 9 © 2010, VITO NV
All rights reserved
Toevoeg materialen M2 steel
Stellite 21 Ni-Cr-B-Si
Fe –based
Co –based
Stainless, tool, …
Stellites
Ni + WC
Ni –based Inconel, NiCrBSi, …
Ti + WC Al-12Si
MMC = Metal Matrix
Composite
Ti-based
Al-based
Substraten: staal met hoog koolstofequivalent voorverwarming vereist (bv. inductief) BLE 2012 10 © 2010, VITO NV
All rights reserved
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 BLE 2012 11 © 2010, VITO NV
All rights reserved
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) vbn 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 BLE 2012 12 © 2010, VITO NV
All rights reserved
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 BLE 2012 13 © 2010, VITO NV
All rights reserved
Oppervlakte eigenschappen: metaal – keramiek
Laser cladding Metaal poeder
Slijtvaste metaal matrix composiet deklaag
Keramisch poeder: bv. 20-150µm wolfraam carbide
Door snelle afkoeling en geringe warmte-inbreng: carbides lossen minimaal op hoge hardheid in ductiele matrix behouden! BLE 2012 14 © 2010, VITO NV
All rights reserved
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 30-40 BLE 2012 15 © 2010, VITO NV
All rights reserved
Lasercladden
Intro Proces: Case studies Product: Materiaal eigenschappen Slotwoord BLE 2012 16 © 2010, VITO NV
All rights reserved
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! BLE 2012 17 © 2010, VITO NV
All rights reserved
