2011 11-15 themadag am voor metaal en keramiek - lasercladden - marleen rombouts - vito

24/11/2010

Opbouwen van materiaal via lasercladden in de
praktijk
Marleen Rombouts
Lasercentrum Vlaanderen, Vito, Mol (België)
Marleen.Rombouts@vito.be

Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011

Lasercladden

Intro

Lasercladden aan het oppervlak

Opbouw van drie-dimensionale
structuren

Slotwoord

Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en
keramiek’, 15 nov. 2011 2
© 2010, VITO NV All rights reserved

Laseroplassen/cladden: basisprincipe

Laser Materiaal

Oplaskop

Tool path generation Machine: Opgebouwd
Robot / CNC materiaal


Lasers

CO2 Nd:YAG Diode Fiber Schijf
Absorptie door 7% 30% >40% 30% 30%
Fe
Spot Rond Rond Rechthoekig Rond Rond
Glasvezel Nee Ja Ja Ja Ja
El. efficiëntie 10% 3-10% 50% 30% 30%

Klassieke lasers Vrij recente lasers


Lasercladden: materiaaltoevoeging
(Inerte kamer) (Inerte kamer)

Poeder + inert gas
Poeder- en
of
transportgas Laser
draad

V
Beschermgas

Smeltbad

Poederdebiet gecontroleerd via volumetrische feeders identiek als bij
thermisch spuiten

Lasercladden: bewerkingskop
» Bewerkingskop te kiezen a.f.v. vereisten
» Coaxiaal met rotatie van kop tot 90°
» Coaxiaal fijn focusseerbare poederstroom
» Inwendige oppervlakken
» Efficientie / productiviteit
»…

Coherent Fraunhofer ILT


Lasercladden: tool path generation
» Bij eenvoudige vormen zoals buizen: handmatig programmeren mogelijk
» Software die omgekeerde doet van 3D frees software
» Maakt deel uit van geheel bij aankoop commerciële machine
» Enkele software pakketten afzonderlijk beschikbaar en integreerbaar op
eigen robot, CNC machine
» Ook voor multi-laag opbouw; scanstrategie controleerbaar …

Build direction

Toepassingen: macro  micro
Grof en snel -
12 mm Lasercladden aan het
oppervlak
Laser spot

Nauwkeurig en traag -
10 mm
Opbouw van drie-
dimensionale structuren

0.05 mm
Laser spot + poedertoevoer (+ machine) aan te passen aan toepassing

Lasercladden

Intro


structuren

Slotwoord


» Beschadigde component herstellen

Matrijsherstelling via draadoplassen

» Duurzaam product
» ‘Goedkoop’ basismateriaal (staal) met corrosie- / slijtagevaste (nikkel,
kobalt legering) coating


Laseroplassen/cladden: toepassingen
Lokaal aanbrengen van deklaag met hoge weerstand tegen corrosie en/of slijtage

 Landbouw en constructie machines
 Petrochemische industrie
 Zware industrie
 Medische instrumenten
 Turbine motoren
…


Lasercladden aan het oppervlak: materialen
M2 steel Stellite 21
Ni-Cr-B-Si
Fe –based Co –based
Ni –based
Stainless, tool, … Stellites
Inconel, NiCrBSi, …

Ni + WC Ti + WC
Al-12Si

MMC = Metal Matrix
Ti-based Al-based
Composite

Substraten: staal met hoog koolstofequivalent  voorverwarming vereist (bv.
inductief)

Laseroplassen/cladden: materiaalkarakteristieken
• Hoge kwaliteit :
• Geringe vermenging van het substraat met het deklaagmateriaal (5-10%)
 samenstelling aan oppervlak na 1 laag = samenstelling
toevoegmateriaal (in tegenstelling tot bij klassiek oplassen)
sterke metallurgische binding (veel beter dan bij thermisch spuiten)
• Weinig tot geen porositeiten
• Homogene samenstelling
• Hoge opwarm- en afkoelsnelheid  fijne microstructuur (hardheid )
• Geschikt voor grote waaier aan materialen


Slijtvaste carbide houdende deklagen

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!

Lasercladden

Intro


structuren

Slotwoord


Opbouw van drie-dimensionale structuren
CAD design CAM software Additief Proces

Evt. uit scandata
• Meestal CNC machine
‘reverse engineering’ • Evt. in inerte kamer
•Coaxiale materiaal-
Nabewerking toevoer
Near-net shape techniek
Nauwkeurigheid < SLM

Bron: Wikipedia
Ook bruikbaar voor 3D herstellingen


Klassieker: herstellen van turbine bladen

Bron: BCT GmbH

Digitalisatie Voorbewerking Scannen &
Cladden
via scan van oplaszone Nabewerking

Inconel superlegering / titanium legeringen


Herstellen compressor wiel van stoomturbine


Herstellen compressor wiel van
stoomturbine
Vereisten / uitdagingen
• lokale herstelling op buitendiameter, totale hoogte opbouw = 4 mm
• minimale vervorming: mechanische verankeringen mogen niet loskomen
• geen scheuren in laag of substraat (30CrNiMo8 staal)
• goede hechting van cladlaag op wiel (mechanische binding
onvoldoende)
• materiaal met hoge slijtage weerstand

Lasercladden met stelliet 21 (Co -28Cr-5Mo-0.25C-2.5Ni)
13 lagen voor opbouw van 4 mm hoogte (laser spot 3.8 mm)
Wiel getest bij 20.000 toeren/minuut in vacuüm

Lasercladden: additief vormgeven
Filmpje

Vito Vito Vito


Bulk materiaal eigenschappen
Mechanische eigenschappen RVS 316L

1.2 mm laserspot; 300 mm³/min; zonder inerte kamer

Horizontaal Verticaal Horizontaal Verticaal

Sterkte en ductiliteit zijn beter dan conventioneel uitgegloeid roestvast staal 316L


Bulk materiaal eigenschappen
Mechanische eigenschappen Inconel 625

Horizontaal Verticaal
Horizontaal Verticaal

Sterkte en ductiliteit zijn beter dan gegoten en van zelfde orde dan conventioneel
uitgegloeid roestvast staal Inconel 625

Lasercladden

Intro


structuren

Slotwoord


Slotwoord lasercladden
» = toevoegen van materiaal via laser smelten van poeder toegevoerd met
gasstroom via nozzle
» Karakteristieken:
» 3-dimensionale toevoeging van materiaal mogelijk (7-assig)
» Multi-materiaal gradiënt
» Hoge kwaliteit van toegevoegd materiaal
» Breed toepasbaar:
» Near-net shape productie van nieuwe functionele componenten
» Toevoegen van drie-dimensionale structuren
» Hybride, efficiënte productie
» Lokale herstelling
» Corrosie- / slijtvaste coating


2011 11-15 themadag am voor metaal en keramiek - lasercladden - marleen rombouts - vito

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais de Sirris

Mais de Sirris (20)

2011 11-15 themadag am voor metaal en keramiek - lasercladden - marleen rombouts - vito