Het Fraunhofer IPT in Aken heeft een alternatieve technologie ontwikkeld voor zowel Laser Metal Deposition als het CNC-draaien van assen. In minder dan een minuut brengen de onderzoekers met Express Wire Coil Cladding (EW2C) een 25 mm hoog feature van Inconel aan op een as met een diameter van 35 mm.
Assen zijn een onmisbare component om krachten over te brengen. Wereldwijd worden er jaarlijks miljoenen geproduceerd, meestal met specifieke features. Het draaien van deze features kost niet alleen tijd, omdat er veel materiaal afgedraaid moet worden. Het kost ook veel materiaal en energie. Dat willen de onderzoekers van het Fraunhofer IPT verminderen, op een andere manier dan met Laser Metal Deposition tot nog toe geprobeerd wordt.
Fraunhofer IPT ontwikkelt een alternatieve technologie voor LMD en CNC-draaien
Draadspiraal in één keer oplassen
De oplossing die ze hiervoor hebben ontwikkeld, EW2C, bestaat eruit dat men eerst een draadspiraal maakt, ongeveer de grootte van de feature die nodig is. Deze draadspiraal wordt over de basis-as geschoven en met een krachtige laser wordt het materiaal gesmolten zodat het één geheel vormt met het basismateriaal. De spanning in de spiraal verhoogt de stabiliteit met een factor tien, vergeleken met lasercladden met lasdraad. Ongewilde bewegingen door de lasdraad worden namelijk voorkomen. In een enkele laag kan men met EW2C tussen de 0,5 en 2 mm materiaal aanbrengen. Dit zorgt voor een veel hogere opbouwsnelheid van het materiaal vergeleken met lasercladden (LMD).
Cyclustijden vergelijkbaar met CNC-draaien
Het onderzoeksteam van het Fraunhofer IPT zegt dat men de cyclustijden van CNC draaien bijhoudt. In een testopstelling lukte het om een 25 mm hoge spiraal van Inconel 718 (opgebouwd met draad van 1,2 mm diameter) op een stalen schacht met een buitendiameter van 35 mm te lassen in minder dan 60 seconden. “Ons idee was om het maken van -as-achtige producten meer dan cosmetisch te veranderen. We wilden een krachtige proces ontwikkelen dat de productie van complexe assen meer kosten-efficiënt en grondstoffen-efficiënt maakt”, zegt Robin Day, hoofd van de afdeling Directed Energy Manufacturing bij het Akense Fraunhoferinstituut. Het aanbrengen van de features kan meerdere keren bij een as plaatsvinden, ook kan men verschillende legeringen in één product combineren. Zo kan men niet alleen geometrische maar ook functionele features aan een as toevoegen.
Automatiseren van het proces
Het Fraunhofer IPT heeft inmiddels patent aangevraagd. Ondertussen werkt het team van Robin Day aan het verder stabiliseren en automatiseren van het EW2C proces. Het team test bijvoorbeeld verschillende systemen om de draadspiralen automatisch over de as te schuiven. “Ook experimenteren we met een grotere spotdiameter en een andere geometrie om het proces te versnellen, zodat we meerdere spiralen in één keer kunnen smelten.” Een andere piste die onderzocht wordt op de techniek niet alleen op assen uit volmateriaal toegepast kan worden, maar ook op holle, dunwandige assen en buisproducten. Door gebruik te maken van Kunstmatige Intelligentie wil men de procesbesturing verder optimaliseren. Robin Day verwacht dat EW2C innovaties kan ontsluiten in een industrietak die zich sinds tientallen jaren meer evolutionair dan revolutionair ontwikkelt. “We zijn pas net begonnen braak liggend terrein te verkennen.”
