Keywords: material, Spila, Beschichtung, multi layers

Der Lehrstuhl DAP und HD Sonderoptiken für die Lasertechnik GmbH & Co. KG bündeln entwickeln Separate Powder Injected Laser Application (SPILA) zur multifunktionalen gradierten single-layer Beschichtung

Die Anforderungen an Bauteile und Oberflächen steigen ständig und es müssen immer komplexere Herausforderungen bewältigt werden. Um den wachsenden Anforderungen zu begegnen, werden zunehmend Pulvermischungen eingesetzt. Dabei unterscheiden sich die Eigenschaften der Pulverwerkstoffe in Bezug auf Morphologie, Absorptionsgrad, Schmelztemperatur und andere Materialeigenschaften. SPILA – Separate Powder Injected Laser Application bietet die Möglichkeit, die zugeführten Materialien individuell anzupassen und somit maßgeschneiderte Schichten zu erzeugen.

Heutzutage steigen die Anforderungen an die tribologischen Eigenschaften sowie die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit ständig und sind oft nur mit Pulvermischungen oder Mehrschichtsystemen zu erreichen. Die Herausforderung bei bisherigen Pulvermischungen ist in der Regel ein Kompromiss zwischen den jeweiligen Eigenschaften der Werkstoffe sowie deren Verarbeitbarkeit in Bezug auf Prozessparameter, Morphologie und thermisches Verhalten. Durch den Einsatz von Mehrschichtsystemen aus unterschiedlichen Materialien können diese Anforderungen reduziert werden, allerdings ist für jede Funktionalität eine separate, zeitaufwändige Schicht erforderlich. Als Beispiel kann der kombinierte Korrosions- und Verschleißschutz genannt werden.

Der Einsatz der Separate Powder Injected Laser Application (SPILA), welche vom Lehrstuhl DAP und HD Sonderoptiken für die Lasertechnik GmbH & Co. KG entwickelt wurde, ermöglicht eine maßgeschneiderte Anpassung an individuelle Werkstoffe und eine Verbesserung der Produktivität durch direkt abgestufte Einzelschichtbeschichtungen. Durch die separate adaptive Materialzufuhr werden die Pulver individuell in den Prozess eingebracht, was eine maßgeschneiderte Laser-Material-Interaktion ermöglicht. So kann die Erwärmung des Pulvers durch Prozessparameter sowie die relative Position der Pulverzuführungen zueinander gezielt eingestellt werden. Mit diesen neuen Möglichkeiten lässt sich die Schichtzusammensetzung steuern, was eine neue Dimension in der Herstellung von Beschichtungen ermöglicht. 

Für die Verarbeitung von zwei Pulvern wurde die Triple-Two Powder Nozzle entwickelt. Zwei getrennte Pulvergasströme mit einstellbaren Relativpositionen zueinander werden für die Zuführung der beiden Materialien verwendet. Damit lässt sich zum Beispiel eine multifunktional abgestufte single-layer Beschichtung herstellen. Durch eine relative Verschiebung des Pulverfokus senkrecht zum Laserstrahl kann ein Zweischichtsystem für kombinierten Korrosions- und Verschleißschutz, das normalerweise zwei Durchgänge erfordert, durch ein abgestuftes Einschichtsystem ersetzt werden. Diese Innovation kann die Effizienz der Prozesse durch kürzere Beschichtungszeiten verbessern.

Insgesamt bietet die Anwendung von SPILA eine breite Palette neuer Möglichkeiten für die maßgeschneiderte Zusammensetzung der erzeugten Schichten. Mit SPILA steht eine neue technologische Lösung zur Verfügung, um die zunehmende Komplexität der Anforderungen und höhere Produktionsraten zu erfüllen.

Stephan Koss, M. Sc.

Stephan Koß, M. Sc.

RWTH Aachen University Chair
Digital Additive Production DAP
Campus-Boulevard 73
52074 Aachen

→ stephan.koss@dap.rwth-aachen.de