Große und komplexe Bauteile minimalinvasiv reparieren

Oft ist es ökonomischer und ökologischer, große Bauteile wie Schiffsmotorenkomponenten oder Triebwerksbauteile zu reparieren, anstatt sie durch Neuteile zu ersetzen. „Hierfür spielt die Lasertechnik eine Schlüsselrolle“, sagt Prof. Dr.‑Ing. Knut Partes von der Jade Hochschule. In einem von der europäischen Union geförderten Forschungsprojekt richtete er am Fachbereich Ingenieurwissenschaften ein Laserschweißzentrum ein, das nun für die Zusammenarbeit mit regionalen Unternehmen zur Verfügung steht.

„Mit Hilfe von Laserstrahlen lässt sich die notwendige Wärme sehr präzise in die zu reparierenden Bauteile einbringen. So können Bauteile minimalinvasiv instand gesetzt werden“, erklärt der Wissenschaftler. Neben der Reparatur von Bauteilen, kann die neue Technologie auch Funktionsteile auf vorhandenes Material aufbringen – wie zum Beispiel einen Verschleissschutz für Erdölbohrer. Auch können Bauteile per Laser komplett neu erstellt werden, indem Lage für Lage metallische Werkstoffe aufgebracht werden - ähnlich einem 3D-Druck.

Beim Laserpulverauftragschweißen wird mit Hilfe eines Hochleistungslasers ein Schmelzbad auf der Oberfläche von metallischen Bauteilen erzeugt. Diesem Schmelzbad wird mit Hilfe eines Industrieroboters, der über die Oberfläche fährt, ein Pulver zugeführt, welches durch die hohe Temperatur des Lasers schmilzt und nach dem Schweißvorgang erstarrt.

„Entscheidend sind die hohe Temperatur und der gezielte Einsatz der Wärme“, sagt der Professor für Produktionstechnik. Während beispielsweise konventionelle Kunststoff-3D-Drucker mit einer Temperatur von 200 °C arbeiten würden, würde mit der Lasertechnologie eine Temperatur von nahezu 2.000 °C erreicht. Diese Wärme kann mit Hilfe der Lasertechnik örtlich sehr gezielt eingesetzt werden – im Gegensatz zum herkömmlichen Schweißen, bei dem die Wärme in das ganze Bauteil fließt und dabei die Bauteileigenschaften verändern oder Schäden verursachen kann.

Herausforderungen bei der Reparatur großer Bauteile bestehen in ihrer Größe und mitunter auch in ihrer komplexen Form. Das neue robotergeführte System an der Jade Hochschule macht es möglich, nicht nur von oben, sondern auch seitlich oder schräg zu schweißen. So können auch sehr große Bauteile repariert bzw. gefertigt werden, denn der Bauraum ist lediglich durch den Arbeitsraum des Roboters beschränkt. „Das kann ein wichtiger Entwicklungsschritt in der Fertigung von Prototypen oder Funktionsteilen mit kleinen Losgrößen sein“, sagt Partes. Auch hier könnten regionale Unternehmen auf die Technik und Expertise des Professors und seines wissenschaftlichen Mitarbeiters Sven Gorny zurückgreifen.

Bei der Einrichtung des Zentrums spielte der Sicherheitsaspekt eine entscheidende Rolle. „Ein Laserstrahl kann einem Menschen aus zehn Kilometer Entfernung das Augenlicht nehmen, sodass ein guter Schutz besonders wichtig ist“, erklärt Partes. Die Wissenschaftler haben sich hier für ein aktives Schutzzelt entschieden, das den Laser bei Auftreffen eines Strahls sofort stoppt. Der Roboter wird über eine Zentrale außerhalb des Schutzzeltes bedient.