Multi-Laser LPBF: Produktivitätssteigerung & Überlappungszonen
Multi-Laser LPBF Systeme im Serienbetrieb: 4, 8 oder 12 Faserlaser, optische Kalibrierung, Stitching-Qualität, Schutzgas-Querströmung und Bauraumökonomie.
Multi-Laser-Systeme im LPBF-Bereich revolutionieren die Serienfertigung und die Herstellung großformatiger Metallkomponenten. Durch den parallelen Einsatz von 4, 8 oder sogar 12 Faserlasern (je 500 bis 1.000 W) steigen die effektiven Aufbauraten von 20 - 40 cm3/h auf über 150 - 350 cm3/h. Die zentrale ingenieurtechnische Herausforderung liegt in der optischen Kalibrierung der Überlappungszonen (Stitching Zones) und der Beherrschung der komplexen Schmauchinteraktion im Schutzgasstrom.
- Produktivitätssteigerung um den Faktor 3.5 bis 7 bei Bauteilen mit hohem Schmelzvolumen.
- Stitching-Fehler in Überlappungszonen werden durch Überlappungsscans und Offset-Verschachtelung unter 15 µm gehalten.
- Hochleistungs-Gaskreisläufe mit laminarer Querströmung sind obligatorisch, um Laserinterferenz durch Schmauch zu verhindern.
Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich
ISO/ASTM 52900| Merkmal | 1-Laser System (400 W) | 4-Laser System (4x 500 W) | 12-Laser Großraum (12x 1 kW) |
|---|---|---|---|
| Aufbaurate AlSi10Mg | 25 - 40 cm3/h | 110 - 160 cm3/h | 300 - 450 cm3/h |
| Aufbaurate 316L | 15 - 25 cm3/h | 60 - 90 cm3/h | 180 - 260 cm3/h |
| Gasströmungskonzept | Einfache Querströmung | Zonierte Kaskadenströmung | Segmentierte Hochgeschwindigkeitsdüsendecke |
| Optische Überdeckung | Keine Überlappung | Voll- oder Teilüberlappend | Matrix-Scanfelder mit dyn. Z-Achse |
Stitching-Strategien und Nahtstellen-Qualität
Wenn zwei oder mehr Laser denselben Bauteilbereich belichten, muss die optische Deckungsgleichheit im Mikrometerbereich gewährleistet sein. Ungenauigkeiten führen zu Porositätsbändern oder Oberflächenversatz in der Stitching-Linie. Moderne Steuerungen verwenden dynamische Übergangsstreifen mit verschachtelten Vektoren (Interlaced Scanning), sodass keine harten Übergangskanten im Werkstoffgefüge entstehen.
Schmauch-Management bei simultanem Laserbetrieb
Mehrere Laser erzeugen proportional größere Mengen an Metalldampf und Kondensatpartikeln. Trifft ein Laserstrahl auf eine Schmauchwolke eines Nachbarlasers, kommt es zu Defokussierung, Streuung und Energieabfall am Pulverbett. Hochentwickelte Strömungssimulationen (CFD) sichern eine turbulenzfreie, gleichmäßige Gasgeschwindigkeit über die gesamte Bauplatte.
Wirtschaftlichkeitsgrenzen und Serien-ROI
Die Anschaffungskosten für Multi-Laser-Anlagen liegen deutlich höher als für Single-Laser-Maschinen. Der ROI rechnet sich jedoch drastisch bei Bauteilen mit hohem Füllgrad der Bauplatte oder bei großen Strukturteilen (z. B. Satellitenträger, Raketendüsen), bei denen Single-Laser-Maschinen Bauzeiten von über 200 Stunden benötigen würden.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Führen Stitching-Zonen zu Festigkeitsverlusten?
Können alle Laser gleichzeitig auf denselben Bereich feuern?
Welche Schutzgasmenge erfordert ein 8-Laser-System?
Passende additive Fertigungstechnologie oder Anlage finden
Welding3D verbindet technologisches Fachwissen mit industriellen Maschinenlösungen. Nutzen Sie unseren Technologie-Finder zur strukturierten Verfahrensauswahl oder fordern Sie eine gezielte Maschinenvermittlung für dieses Verfahren an.