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PRODUKTINNOVATION
MMI/ks
Neue Perspektiven bei der Instandsetzung von Flugtriebwerkkomponenten mit Laserstrahlung

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen präsentiert auf der LASER´07 Messe in München vom 18. bis 21. Juni 2007 innovative Entwicklungen von Laserstrahlquellen und Laseranwendungen. Das diesjährige Highlight beleuchtet den aktuellen Stand und die Perspektiven des Laserstrahl-Auftragschweißens als Instandsetzungsverfahren für hochwertige Flugtriebwerkkomponenten.

An einem 2,5 Tonnen schweren und 4 m langen Flugtriebwerk von Rolls-Royce werden die technischen und wirtschaftlichen Vorteile des Laserstrahl-Auftragschweißens demonstriert. Als OEM-qualifizierter Instandsetzer von Triebwerkkomponenten ist es dem Fraunhofer ILT in enger Zusammenarbeit mit dem Industriepartner Rolls-Royce gelungen, auch komplexe hochintegrierte Komponenten wie beispielsweise Blade Integrated Disks (auch als BLISK bezeichnet) unter Umgehung einer geschlossenen Prozessgaskammer praxisgerecht durch Laserstrahl-Auftragschweißen instand zu setzen. Dazu wurden am Fraunhofer ILT entwickelte Verfahren qualifiziert und spezielle Beschichtungsdüsen mit optimierter Pulver- und Schutzgaszufuhr entwickelt. Da es sich vorrangig um Bauteile aus Titan- und Nickelbasislegierungen handelt, sind chemische Reaktionen mit atmosphärischen Elementen wie Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff in jedem Fall zu vermeiden. Durch den Einsatz der speziellen Beschichtungsdüsen gestaltet sich der Instandsetzungsprozess wesentlich flexibler. Im Vergleich zum Einsatz von Prozessgaskammern bestehen nun keine Begrenzungen mehr hinsichtlich der Größe der zu bearbeitenden Komponenten. Außerdem entfällt der Aufwand für Evakuierung und Flutung der Prozessgaskammern mit Inertgas. Dadurch ergeben sich neue Perspektiven für Instandsetzer und OEM Lieferanten im Flugtriebwerkbau. Die Besucher des Fraunhofer Standes können sich näher über das Instandsetzungsverfahren, die dazu notwendigen Systemkomponenten und die bereits erfolgreich reparierten Bauteile aus dem Flugzeugbau informieren.

Die Standards, die das Fraunhofer ILT zusammen mit seinen Industriepartnern in den letzten Jahren im Bereich der Instandsetzung von Flugtriebwerkkomponenten gesetzt hat, fließen nun auch in dem europäischen Verbundprojekt FANTASIA ein, an dem 11 Unternehmen der Luftfahrtindustrie und der Lasertechnik sowie 8 FuEZentren beteiligt sind. Das 6,5 Mio. Euro schwere Projekt, das mit Mitteln der europäischen Kommission unterstützt und vom Fraunhofer ILT koordiniert wird, ist im Juni 2006 operativ gestartet und verfolgt ehrgeizige Ziele: mindestens 40% Reduktion der Reparaturkosten und 40% Verkürzung der Durchlaufzeiten. Einige Komponenten, die bisher mangels geeignetem Reparaturverfahren entsorgt wurden, werden erstmalig mit Laserstrahl-Auftragschweißen instand gesetzt. Sechsstellige Ersparnisse werden dabei in Aussicht gestellt. Auch die angestrebten Materialersparnisse von bis zu 50% und der um 25% reduzierte Nachbearbeitungsaufwand sind realistische Ziele.

Im Bereich der Laserstrahlquellen präsentiert das Fraunhofer ILT erstmals auf einer Messe praxistaugliche Diodenlaser mit einer Wellenlänge von 2 ?m für Anwendungen in der Medizin und der Materialbearbeitung. Dem Fraunhofer ILT Team ist es gelungen, aus einer 600 ?m Faser 20W cw Diodenlaserleistung bei 2 ?m Wellenlänge bereitzustellen. Diese Laser können in idealer Weise in der Mikrochirurgie beispielsweise im HNO-Bereich eingesetzt werden. Auch beim Kunststofffügen spielt die spezielle Wellenlänge eine besondere Rolle. Ohne großen Aufwand können nun transparente Kunststoffe in Überlapp miteinander verbunden werden. Dies war bei den bisherigen Diodenlasersystemen nur mit einer speziellen Pigmentierung möglich. In all diesen Anwendungen ersetzen die kompakten und preiswerten Diodenlaser die um mindestens einen Faktor 10 größeren und Faktor 5 teureren Tm:YAG und Ho:YAG Festkörperlaser. Die ersten Prototypen der innovativen fasergekoppelten Diodenlaser wurden in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg entwickelt und stehen nun interessierten Anwendern zur Verfügung.

Das Fraunhofer ILT präsentiert den Besuchern auf dem Gemeinschaftsstand B131 in Halle B3 neben diesen beiden Highlights aktuelle FuE-Ergebnisse zu folgenden Themen:

  • Entwicklung von maßgeschneiderten Dioden-, Faser- und YAG-Lasern für die Medizintechnik, die Materialbearbeitung und die Satellitenkommunikation
  • Rapid Manufacturing von Flugzeug-, Werkzeugund medizinischen Komponenten mit dem Selektive Laser Melting (SLM) Verfahren
  • Modellierungs- und Simulationssoftware zur Optimierung von Präzisionsbohrprozessen
  • Mikrobohren von Silizium-Komponenten für die Solarzellenproduktion
  • Mikrostrukturieren und Mikrogenerieren
  • Kunststofffügen transparenter Teile kombiniertes Laserstrahlschneiden und – schweißen ohne Werkzeugwechsel
  • Systeme zur online-Prozesskontrolle bei der Lasermaterialbearbeitung

 



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