Marleen Rombouts Lasercentrum Vlaanderen, Vito, Mol (België)

26/01/2012

Lasercladden, een duurzaam proces voor het produceren en herstellen van componenten Marleen Rombouts Lasercentrum Vlaanderen, Vito, Mol (België) [email protected] RapidPro 2012

Lasercentrum Vlaanderen Vito: Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek •

• •

X

Autonome onderzoeksorganisatie met NV statuut 630 mensen en een jaarlijks budget van 80 MEUR Brug tussen wetenschappelijke kennis en industriële toepassingen of overheidsbeleid

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 RapidPro 2012 2 © 2010, VITO NV

All rights reserved

Lasercladden

Intro Proces: Case studies Product: Materiaal eigenschappen Slotwoord RapidPro 2012 3 © 2010, VITO NV

All rights reserved

Additive manufacturing CAD design

Software

Additief Proces

Evt. uit scandata ‘reverse engineering’

Nabewerking Near-net shape techniek

Bron: Wikipedia

RapidPro 2012 4 © 2010, VITO NV

All rights reserved

Lasercladden: Additief proces Laser Materiaal

Oplaskop Software

Machine: Robot / CNC

Opgelaste laag / opgebouwde structuur


All rights reserved

Lasercladden: 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

Software Build direction

…


All rights reserved

Lasercladden: basisprincipe (Inerte kamer)

NIET in een poederbed! SLM

(Inerte kamer)

Poeder + inert gas of draad

Poeder- en transportgas Laser

V

Beschermgas Smeltbad Metaal gebaseerd poeder Poederdebiet gecontroleerd via volumetrische feeders RapidPro 2012 7 © 2010, VITO NV

All rights reserved

Lasercladden: bewerkingskop

filmpje

» Bewerkingskop te kiezen a.f.v. vereisten » Complexe vormen - coaxiaal, rotatie tot 90° » Poederfocus » Fijne structuren – coaxiaal, fijne focus » Poeder efficientie / productiviteit » Inwendige oppervlakken »…


All rights reserved

Mogelijkheden: macro  micro Hoge productiviteit Oppervlaktelaag op metalen

Laser spot 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 RapidPro 2012 9 © 2010, VITO NV

All rights reserved

Lasercladden


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


All rights reserved

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

Vito


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 …


All rights reserved

Lasercladden


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) RapidPro 2012 16 © 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 RapidPro 2012 17 © 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


All rights reserved

Lasercladden


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! Altijd welkom op onze stand RapidPro 2012 29 © 2010, VITO NV

All rights reserved


All rights reserved

Marleen Rombouts Lasercentrum Vlaanderen, Vito, Mol (België)

Recommend Documents