SLM® Technologie in der Schweisstechnik bei der Fronius

Das Kernstück im Schweissprozess ist der Laserhybrid-Schweisskopf mit integriertem MIG-/MAG-Schweissbrenner und eingebauter Laseroptik. Durch den Einsatz der Additiven Fertigung und einer Neuentwicklung des Bauteils konnte der Montageaufwand erheblich reduziert sowie Kosten eingespart werden.

SLM® Technologie in der Schweisstechnik bei der Fronius International GmbH

Kernstück im Schweissprozess ist der Laserhybrid-Schweisskopf mit integriertem MIG-/MAG-Schweissbrenner und eingebauter Laseroptik. Um die Laseroptik im Schweissprozess vor Verunreinigungen zu schützen, setzt Fronius die sogennante Crossjet-Einheit ein. Hierfür strömt zunächst Luft mittels Anschlussflansch durch die Bohrung. Diese wird in die Lavaldüse geleitet, in der die Luft hoch beschleunigt wird. Von dort aus strömt diese mit hoher Geschwindigkeit an der Bohrung, durch die der Laser durchstrahlt, vorbei. Dadurch reisst der Luftstrahl Spritzer des Schweissprozesses mit sich und schützt den Laser vor Verunreinigungen. Die Lavaldüse ist das Kernelement der Baugruppe und wurde bisher mitttels Drahterodieren hergestellt. Diese konventionelle Bauweise des Bauteils ist zwar sehr genau, führt aber zu einem grossen Montageund Wartungsaufwand, da 18 einzelne Komponenten zusammengesetzt werden müssen. Fronius entschied sich deswegen, das Bauteil mit der SLM® Technologie in einem Bauteil zu fertigen und zuvor mit der Software Additive.Designer® zu optimieren. Durch den Einsatz der Additiven Fertigung und einer Neuentwicklung des Bauteils konnte so der Montageaufwand erheblich reduziert sowie Kosten eingespart werden.

 

Reduzierte Montagezeit sowie Material- und Kosteneinsparungen

Der additive Fertigungsprozess ermöglichte die Zusammenfassung einer 18-teiligen Baugruppe (Abb. 2) in einem einzigen Bauteil mit optimierten Eigenschaften (Abb. 3), welches nun in Serie auf der Selective Laser Melting Maschine SLM®280 in der Aluminiumlegierung AlSi10Mg gefertigt wird. Fronius baut dabei 10 Cross-Jet Einheiten innerhalb eines Baujobs mit einer Bauzeit von zwei Stunden pro Bauteil. Die Herstellung ist dadurch wesentlich effizienter im Vergleich zur konventionellen Fertigung und der Montageaufwand sinkt.

Durch die Herstellung mittels SLM® Technologie konnte das Bauteil verkürzt werden, was die Zugänglichkeit in schmale Spalten verbessert. Zudem entfällt die Wartung der Dichtung und das Bauteilvolumen verringerte sich um 70%. Verglichen mit dem bisherigen, konventionellen Aufbau reduzierten sich die reinen Herstellkosten durch den Einsatz der additiven Fertigung insgesamt um 45%. Nicht eingerechnet sind hierbei die reduzierten Montagekosten und die Kosten für die Lagerung von Bauteilen, die durch die bedarfsorientierte Fertigung entfallen.

Stefan Kammerer, Research & Development Technologies & Mechanical Engineering von Fronius ist zufrieden mit den Ergebnissen: „Die Fertigung des Bauteils hat uns die Möglichkeiten der SLM® Technologie aufgezeigt und gab den Startschuss diese Technologie selbst im Haus einzusetzen.“

 

Optimierung der Crossjet-Einheit mittels Additive.Designer®

Im die CrossJet-Einheit mittels SLM® Verfahren erfolgreich in Serie produzieren zu können, fand nach dem Entwicklungsprozess zunächst eine Neuausrichtung und Positionierung des Bauteils mit Hilfe der Software Additive.Designer® statt. Da der Additive.Designer® auch native Creo Dateien übernimmt, konnten die Daten ohne Qualitätsverlust übernommen werden. Die individuell anpassbare Softwarelösung Additive.Designer® unterstützt den Nutzer bei der Platzierung und Positionierung des Bauteils im Bauraum und ermöglicht die Ausrichtung nach Kriterien, wie Oberflächengüte, thermischen Spannungen oder hinsichtlich der Minimierung von Supportstrukturen. Bei der Cross-Jet-Einheit optimierte Fronius die Supportstrukturen, um eine leichte Supportentfernung und somit einen geringen Nachbearbeitungsaufwand zu garantieren. Zudem konnte eine wesentlich genauere Herstellung der Düsengeometrie erreicht werden, was die Funktion des Bauteils verbessert. Fronius ist es gelungen die Strömungsleistung aufgrund der 100%igen Dichtheit der Baugruppe und der optimierten Strömungsführung des Bauteils zu steigern - trotz grösserer Oberflächenrauheit in der Düse. Die Herstellung komplexer Strukturen sowie die Geometriefreiheit in der Entwicklung der Bauteile sind die Hauptvorteile der additiven Fertigung und führen zu effizienteren Bauteilen und damit verbundenen Kostenersparnissen.

 

Zusammenfassung

Crossjet-Einheit zum Schutz der Laserlinse vor Schweißspritzern

  • Crossjet-Einheit im Schweissprozess zum Leiten und Beschleunigen von Druckluft, um die Laseroptik vor Verunreinigungen zu schützen
  • Fertigung 18 einzelner Bauteile in einem Bauteil, wodurch sich der Montageaufwand erheblich verringert
  • Reduzierung des Bauteilvolumens um 70% und der Herstellkosten um 45%, verglichen mit der konventionellen Variante
  • Optimierung der Düsengeometrie, was die Funktion des Bauteils verbessert und Minimierung der Supportstrukturen mittels Additive.Designer®
  • Steigerung der Strömungsleistung (trotz grösserer Oberflächenrauheit in der Düse!), aufgrund der 100%igen Dichtheit der Baugruppe und der optimierten Strömungsführung

 

Durch den additiven Fertigungsprozess verringert sich der Montageaufwand erheblich. Das Bauteilvolumen konnte um 75 % reduziert werden, die Wartung der Dichtung entfällt.

 

 

Fronius International GmbH

Fronius entwickelt und realisiert innovative Methoden zur Kontrolle und Steuerung von Energie für Schweisstechnik, Photovoltaik und Batterieladetechnik. Im Fronius LaserHybrid System kombiniert das Unternehmen Laser MIG/MAG- und Laserstrahl-Schweissprozesse. Die hervorragende Spaltüberbrückbarkeit und einfache Nahtvorbereitung des MIG/MAG-Schweissens vereint Fronius LaserHybrid mit einem geringen Wärmeeintrag, einem tiefen Einbrand und dem Tempo des Lasers. Das System ermöglicht das automatisierte Fügen unterschiedlicher Aluminium- und Stahlteile in einer Geschwindigkeit von bis zu 8 Metern pro Minute in erstklassiger Qualität.

Weitere Informationen
Produktgruppen:
Equipment additive Fertigung
    Pulverbettverfahren Metall und Keramik (SLM, EBM, etc.)

Anwendungsbereich:
Maschinenbau und Automatisierungstechnik

Ihre Kontaktperson für diesen Showcase
Foto von  Frank Gersbach

Frank Gersbach

URMA AG

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