Laser Metal Deposition (LMD-w) mit Draht
Sauber, günstig und 100 % effizient: Warum der Drahtlaser das Pulverblasen oft übertrifft.
1. Einleitung: Draht statt Pulver
Wenn es um Directed Energy Deposition (Laserauftragschweißen) geht, denken die meisten an Laser, die Metallpulver in ein Schmelzbad pusten (LMD-P / DED-P). Doch die Pulverförderung hat ihre Tücken: Ein Teil des teuren Pulvers prallt ab (Overspray) und verteilt sich in der Maschine, was die Pulvernutzungseffizienz oft auf unter 60 % drückt.
Eine hocheffiziente Alternative ist das drahtbasierte Laserauftragschweißen (Laser Metal Deposition Wire – kurz LMD-w oder DED-w). Hierbei wird anstelle von Pulver ein massiver Schweißdraht seitlich in den Laserfokus geführt.
Warum LMD-w statt Lichtbogen (WAAM)?
Beim Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) wird der Draht per Lichtbogen geschmolzen. Das ist zwar rasend schnell, bringt aber gewaltige, unkontrollierte Hitze in das Bauteil. Der Laser beim LMD-w arbeitet viel präziser, das Schmelzbad ist kleiner und der Hitzeeintrag ist strikt fokussiert. Das bedeutet: Bessere Oberflächen, exaktere Geometrien und weniger thermischer Verzug als bei WAAM.
2. Die unschlagbaren Vorteile des Drahts
Die Verarbeitung von Draht durch den Laser bietet massive wirtschaftliche und ökologische Vorteile in der Schwerindustrie.
- 100 % Materialnutzung: Im Gegensatz zum Pulver (Overspray) wird jeder Zentimeter des zugeführten Drahtes aufgeschmolzen und wird zum Bauteil. Es gibt keinen Abfall und keine Verschmutzung der Maschine.
- Drahtkosten: Schweißdraht ist ein industrielles Standardprodukt. Er kostet nur einen Bruchteil (oft Faktor 5 bis 10 günstiger) von hochreinen, verdüsten AM-Metallpulvern.
- Sauberkeit und Sicherheit (HSE): Es gibt keinen gefährlichen lungengängigen Feinstaub. Maschinenbediener benötigen keine aufwendigen Atemschutzmasken oder spezielle Ex-Schutz (ATEX) Sauger wie im Pulver-Handling.
3. Die technologische Herausforderung: "Dripping"
LMD-w ist regelungstechnisch anspruchsvoll. Wenn die Laserenergie, der Drahtvorschub und die Verfahrgeschwindigkeit des Roboters nicht perfekt aufeinander abgestimmt sind, entstehen Fehler.
Wenn zu viel Hitze auf zu wenig Drahtvorschub trifft, bildet sich am Ende des Drahts ein Tropfen, der abfällt ("Dripping"). Das Schmelzbad reißt ab, und der Prozess gerät außer Kontrolle. Moderne Systeme (z.B. Meltio oder TRUMPF) nutzen koaxiale Drahtzuführungen und Kamerasysteme (Closed-Loop-Control), die den Schmelzprozess tausendmal pro Sekunde überwachen und die Laserleistung in Echtzeit anpassen, um einen gleichmäßigen Übergang (Smooth Transfer) zu garantieren.
4. Anwendungen in der Industrie
Aufgrund der etwas geringeren Auflösung im Vergleich zum Pulverbett, aber der sehr hohen Geschwindigkeit, glänzt LMD-w im Großformat.
- Beschichtung (Cladding): Das harte und verschleißfeste Beschichten von großen Wellen, Bohrmeißeln oder Hydraulikzylindern.
- Freiformfertigung: Der 3D-Druck von mittelgroßen bis riesigen Strukturbauteilen (z.B. aus Titan) für die Luftfahrt, die anschließend CNC-gefräst werden (Near-Net-Shape).
5. Fazit: Der Aufstieg der Draht-Laser-Systeme
LMD-w kombiniert die enorme Materialeffizienz und die günstigen Rohstoffkosten der Schweißdraht-Industrie mit der unübertroffenen Präzision des Lasers. Besonders hybride Anlagen, die einen Meltio-Draht-Laser-Kopf in eine bestehende 5-Achs-CNC-Fräsmaschine integrieren, ermöglichen es Unternehmen, riesige Bauteile nahtlos zu drucken und sofort auf Endmaß überzufräsen.