Erweiterung des Prozessverständnisses für das einstufige Lasermikroauftragschweißen zur prozesssicheren Generierung von Strukturen und Bauteilen

Die konsequente branchenübergreifende Miniaturisierung von Funktionsbauteilen führt zu einer steigenden Nachfrage nach innovativen Prozessen zur Generierung von Mikrobauteilen und -strukturen. Vor diesem Hintergrund haben sich in den letzten Jahren unter dem Aspekt von Flexibilität und Wirtschaftlichkeit insbesondere Fertigungsverfahren des „Rapid Manufacturing“ industriell etabliert. Neben der Herstellung polymerbasierter Bauteile gewinnt der Einsatz von Metallen an Bedeutung. Die derzeit verfügbaren Technologien sind hinsichtlich der realisierbaren Strukturauflösung, der Flexibilität der Schichterzeugung sowie zumeist in der Wahl des verarbeiteten metallischen Werkstoffs begrenzt. Eine Alternative zu den konventionellen Verfahren des „Rapid Manufacturing“ stellt das einstufige Lasermikroauftragschweißen bei direkter Zufuhr des pulverförmigen Zusatzwerkstoffs in die Prozesszone dar. Anhand des nichtrostenden Stahls 1.4021 wird das hohe Potential dieses Verfahrens durch den Aufbau einer geeigneten Anlagentechnik demonstriert. Durch die Entwicklung von Prozessparametern sowie die Optimierung des optischen Systems und der Pulverzufuhr mittels Strahlcharakterisierung und Hochgeschwindigkeitskameratechnik konnten Mikrowände mit einer Breite von minimal 30 µm und einem Aspektverhältnis von 70:1 generiert werden. Die Verifizierung eines Spurüberlappungsmodells ermöglicht zudem den Aufbau von komplexen Bauteilen mit Strukturauflösungen im zweistelligen Mikro-meterbereich bei Materialdichten von > 99 %.