Fraunhofer IWS komt met een nieuw lasercoatingproces. Laser Direct Plating windt een bandvormig metaal spiraalsgewijs om componenten heen die symmetrisch moeten ronddraaien, zoals onder meer om hydraulische cilinders, proces- en walsrollen en glijlagers. Bij deze nieuwe methode blijft het basismateriaal vast, het oppervlak glad en is verder weinig tot geen nabewerking nodig. Dit reduceert cyclustijden en brengt het energieverbruik en de proceskosten aanzienlijk omlaag. Afhankelijk van de configuratie kan het energieverbruik tot 90% afnemen.
Laser Direct Plating combineert een minimale warmte-inbreng met een gedefinieerde vervormingskracht, meldt Fraunhofer IWS. Op het verbindingsvlak worden oxidelagen opengebroken, reageren verse metaaloppervlakken direct en vormen ze een duurzame metaalbinding.
In tegenstelling tot lasercladding of laser metal deposition smelt de coating bij deze methode niet over een groot oppervlak, maar blijft deze grotendeels in de vaste fase.
Het aanbrengen van een metalen band, als spiraal om de componenten, verlaagt de energiebehoefte, verhoogt de depositiesnelheid en stabiliseert de kwaliteit van de aangebrachte laag over de volledige lengte van dat component.
Hechten tijdens wikkelen
Het nieuwe proces creëert een functionele laag direct op het basiscomponent. De metaalstrip wordt met constante snelheid toegevoerd en wikkelt zich spiraalsgewijs rond het substraat. Zo hecht de laag zich tijdens het wikkelen.
Laserstraling verwarmt de contactzone slechts kortstondig tot verbindingstemperatuur. De combinatie van warmte en druk realiseert een binding tussen de metalen. Dit onderscheidt het proces dus duidelijk van technieken waarbij continu smelten centraal staat.
Voor deze technologie is een patent aangevraagd en er is een pilotsysteem gebouwd voor componenten tot twee meter lengte, waarin het volledige proces is ingekapseld.
De focus ligt op het minimaliseren of vermijden van de smeltfase, stelt Marko Seifert, hoofd van de afdeling warmtebehandeling en thermische coatings.
De contactzone wordt volgens hem met minimale energie geactiveerd. Dat zorgt voor dichte en homogene coatings bij aanzienlijk kortere procestijden.
Veel minder nabewerking nodig
Snelheden van de metaalstrip in het bereik van meters per minuut maken, volgens Fraunhofer IWS, hoge depositiesnelheden mogelijk. De beperkte thermische belasting houdt de warmte-beïnvloede zone klein en behoudt de microstructuur van het substraat.
Het oppervlak vertoont een homogene, gewalste structuur, waardoor veel minder verspanende nabewerking, zoals draaien, slijpen en polijsten, nodig is.
Bij een industrieel bedrijf dat hiermee aan de slag ging, daalde de coatingtijd van een hydraulische cilinder van circa twintig uur naar ongeveer zes uur.
Afhankelijk van de configuratie kan het energieverbruik tot 90% afnemen, geeft Fraunhofer IWS aan.
Laagdiktes variëren
De spiraalvormige opbouw resulteert in gedefinieerde stootnaden, die door een naloopproces worden gesloten.
Zeker bij toepassingen die gevoelig zijn voor corrosie is een meerlaagse structuur het meest handig. Vanaf de tweede laag hechten vergelijkbare materialen aan elkaar.
De laagdiktes kunnen variëren van zo’n 1 tot 3 mm, terwijl meerlaagse structuren totale diktes van meerdere centimeters kunnen bereiken.
Selectieve volumetoename langs de componentlengte maakt tevens functionele profilering mogelijk. Door verschillende materialen per laag toe te passen ontstaan multifunctionele coatings.
Toepassingen: productie en revisie
Laser Direct Plating verbetert slijt- en corrosiebestendige coatings voor onder meer hydraulische cilinders, proces- en walsrollen en glijlagers.
Bij revisie van versleten rollen kan het proces gericht materiaalvolume herstellen. Dit bespaart materiaal en verkort stilstandtijden aanzienlijk, stelt Fraunhofer IWS.
Geen poeders meer nodig
Het proces elimineert ook het gebruik van poeders. Afzuiging en afscherming volgen beproefde las- en laserveiligheidsconcepten. De installatie kapselt het proces volledig in, terwijl operators buiten de procesruimte werken.
Dit zorgt voor minder randapparatuur en vergemakkelijkt de integratie in bestaande productielijnen, via gestandaardiseerde veiligheidsmodules.
Opschaling met industriële partners
Fraunhofer IWS heeft een patentaanvraag ingediend en een pilotinstallatie gerealiseerd voor componenten tot twee meter lengte.
Het team beoordeelt aanvragen, stelt procestermijnen vast en toont de economische haalbaarheid aan met behulp van demonstratiemodellen.
Opschaling vindt plaats in samenwerking met machinebouwers en industriële partners. Licentie- en transfermodellen zijn beschikbaar.
Zo wil Fraunhofer IWS “een robuust serieproductieconcept met voorspelbare cyclustijden en kwaliteitsparameters” ontwikkelen.
