DE19520149A1 - Building up coatings on substrate e.g saw blades or component edges - Google Patents
Building up coatings on substrate e.g saw blades or component edgesInfo
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Abstract
Description
Der Werkstoff eines Bauteils unterliegt an seiner Oberfläche anderen Beeinflussungen als im Volumen, da es hier zu Korrosion, Verschleiß und Ermüdung kommen kann. Aus diesem Grunde werden Werkstoffe als Gradientenwerkstoffe aufgebaut oder an ihrer Oberfläche thermisch, chemisch oder mechanisch verändert bzw. mit einem Beschichtungswerkstoff beschichtet.The material of a component is subject to different influences on its surface than in Volume, as this can lead to corrosion, wear and fatigue. For this Basically, materials are built up as gradient materials or on their surface modified thermally, chemically or mechanically or with a coating material coated.
Das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung betreffen das thermische Beschichten eines Trägerwerkstoffes (Substrat), welches für die Herstellung von verschleiß und/oder korrosionsfesten Schichten vorteilhaft genutzt werden kann.The proposed method and the proposed device concern the thermal Coating a carrier material (substrate), which is used for the production of wear and / or corrosion-resistant layers can be used advantageously.
Die Höhe von Beschichtungen variieren in der Literatur anwendungsbedingt von einigen Atomlagen, z. B. bei PVD-Schichten, bis zu mehrere Zentimeter hohen Auftragschweißungen.The height of coatings varies in the literature depending on the application Atomic layers, e.g. B. with PVD layers, up to several centimeters high build-up welds.
Das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung lassen sich vorteilhaft zur Herstellung von thermischen Beschichtungen im Millimeterbereich (0,1-5 mm) nutzen. Bei dem Verfahren wird, wie dies beim Laserstrahlbeschichten üblich ist, die Laserstrahlung mit einer geeigneten Intensität von 10³-10⁶ W/cm² auf die Substratoberfläche fokussiert und ein geeigneter Zusatzwerkstoff der Wirkzone zugeführt. Durch Relativbewegung zwischen Substrat einerseits sowie Laserstrahlung und Zuführung andererseits lassen sich durch Aufschmelzen des Zusatzwerkstoffes und/oder des Substrates Beschichtungsbahnen erzeugen, durch deren Aneinanderreihung flächenhafte Beschichtungen entstehen. Durch den Schmelz vorgang nimmt die flüssige Oberfläche entsprechend den angreifenden Kräften (der Schwer kraft und der temperaturabhängigen Oberflächenspannung sowie gegebenenfalls weiterer Kräfte, wie z. B. die Fliehkraft) eine charakteristische Querschnittsgestalt an. Die so auf natürliche Weise entstehende Geometrie der Querschnittsfläche entspricht nur selten der Geometrie, die anwendungsspezifisch gefordert wird, so daß zum Teil eine erhebliche Nach arbeit notwendig wird.The proposed method and the proposed device can advantageously be used Use the production of thermal coatings in the millimeter range (0.1-5 mm). At As is customary in laser beam coating, the process also uses the laser radiation a suitable intensity of 10³-10⁶ W / cm² and focused on the substrate surface suitable filler material supplied to the active zone. By relative movement between The substrate on the one hand and laser radiation and feeding on the other can be passed through Melting the filler material and / or the substrate to produce coating webs, by lining them up, extensive coatings are created. Through the enamel process takes the liquid surface according to the attacking forces (gravity force and the temperature-dependent surface tension as well as any other Forces such as B. the centrifugal force) a characteristic cross-sectional shape. The so on The naturally occurring geometry of the cross-sectional area rarely corresponds to that Geometry, which is required for specific applications, so that in some cases a considerable amount work becomes necessary.
Bei erfindungsgemäßer Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens und der vorgeschlagenen Vorrichtung kann vorteilhaft auf eine Nacharbeit weitestgehend verzichtet werden. Erfindungsgemaß wird dies dadurch erreicht, daß die Schmelze in ihrer geometrischen Ausbildung durch Unterstützung in zwei bis vier Richtungen behindert wird. Diese Behinderung erfolgt in einer Richtung durch das Substrat selbst und in einer bis drei weiteren Richtungen durch eine glattwandige Kokille. Aus einer und/oder zwei der verbleibenden Richtungen kann dann die zum Schmelzen notwendige Laserstrahlung und der Zusatzwerkstoff zugeführt werden. Dabei entstehen Beschichtungen, die an den unterstützten Seiten glattwandig und endkonturnah sind.When using the proposed method and the proposed method according to the invention The device can advantageously be largely avoided without reworking. According to the invention this is achieved in that the melt in its geometric Training is hampered by support in two to four directions. These Disability occurs in one direction through the substrate itself and in one to three more Directions through a smooth-walled mold. From one and / or two of the remaining Then the laser radiation necessary for melting and the directions can Filler metal are supplied. This creates coatings that support the supported Sides are smooth-walled and close to the final contours.
Dort, wo es die Bauteilgeometrie erlaubt, kann man bei erfindungsgemäßem Handeln unter Ausnutzung der sogenannten Wannenlage besonders vorteilhaft Beschichten (Beispiel 2). Gute Schichtqualitäten sowie eine ausreichend Haftung zum Substrat erhält man bei erfindungsgemäßem Handeln dann, wenn die Breite der Beschichtung so gewählt wird, daß das Verhältnis aus Höhe zu Breite zwischen 1 : 20 und 5 : 1 liegt, vorzugsweise jedoch zwischen 1 : 2 und 2 : 1. Where the component geometry permits, one can under Utilization of the so-called tub layer is particularly advantageous for coating (example 2). Good layer qualities and sufficient adhesion to the substrate are obtained with acting according to the invention when the width of the coating is chosen so that the ratio of height to width is between 1:20 and 5: 1, but preferably between 1: 2 and 2: 1.
Für viele Anwendungen, z. B. bei der Beschichtung von Sägeblättern, Leisten etc., bei denen über die gesamte Breite des Bauteils auf einmal die Beschichtung aufgebracht werden soll, kann dies erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß die Schmelze senkrecht zur Vorschubrichtung gestützt wird und in der Lotrechten sowie in Vorschubrichtung eine Unterstützung unterbleibt (Beispiel 1 und 2). Bei anderen Bauteilgeometrien ist es möglich, die Kokille relativ zum Substrat zu bewegen. Dabei ist es erfindungsgemäß unerheblich, ob das Substrat feststeht und die Kokille bewegt wird oder umgekehrt. Insbesondere bei bewegter Kokille kann es vorteilhaft sein, die Kokille nicht einteilig auszuführen sondern eine geteilte Kokille zu verwenden (Beispiel 3). Dies ist erfindungsgemäß dann vorteilhaft, wenn lediglich ein Teil der Kokille gegenüber dem Substrat verschoben wird, während ein anderer Teil fest mit dem Substrat verbunden ist. Bei erfindungsgemäßem Handeln lassen sich vorteilhaft Beschichtungshöhen und -breiten erzeugen, die eine Abweichung von der Sollgröße um weniger als 10 Prozent, vorzugsweise 1 Prozent aufweisen.For many applications, e.g. B. in the coating of saw blades, strips, etc., in which the coating is to be applied at once over the entire width of the component, this can be solved according to the invention in that the melt is perpendicular to Feed direction is supported and one in the vertical and in the feed direction No support (example 1 and 2). With other component geometries, it is possible to to move the mold relative to the substrate. It is irrelevant according to the invention whether the substrate is fixed and the mold is moved or vice versa. Especially at moving mold, it can be advantageous not to make the mold in one piece but to use a split mold (Example 3). This is advantageous according to the invention if only a part of the mold is shifted relative to the substrate while a other part is firmly connected to the substrate. Leave when acting according to the invention advantageously produce coating heights and widths that deviate from the Have target size by less than 10 percent, preferably 1 percent.
Um eine Auflegieren des Kokillenwerkstoffes durch den Zusatzwerkstoff und/oder den Substratwerkstoff zu verhindern, kann es erfindungsgemäß notwendig sein, die Kokille insbesondere an den Flächen, die mit der Schmelze in Kontakt treten, mit einem Trennmittel zu beschichten.To alloy the mold material by the filler material and / or the To prevent substrate material, it may be necessary according to the invention, the mold especially on the surfaces that come into contact with the melt with a release agent to coat.
Je nach Substrat- und Zusatzwerkstoff sowie abhängig von der zugeführten Energie der Laserstrahlung wird sich das Erstarrungsverhalten der erstarrenden Schmelze anders ausbilden. Dieser Tatsache kann man erfindungsgemäß dadurch begegnen, daß eine externe Kühlung und/oder Heizung der Kokille vorgesehen wird. Auf diese Weise kann man vorteil haft die Wärme des thermischen Beschichtungsprozesses entweder bevorzugt über die Kokille (Kühlung) oder über das Substrat (Heizung der Kokille) abführen. Eine Abführung der Wärme über die Kokille verringert die thermischen Verzüge, eine Abfuhr über das Substrat verbessert die Haftfestigkeit zwischen Substrat und Beschichtung.Depending on the substrate and filler material as well as the energy supplied Laser radiation will change the solidification behavior of the solidifying melt form. This fact can be countered according to the invention in that an external Cooling and / or heating the mold is provided. This way you can take advantage the heat of the thermal coating process adheres either preferably via the mold (Cooling) or via the substrate (heating the mold). A removal of the Heat from the mold reduces the thermal distortion, dissipation through the substrate improves the adhesive strength between substrate and coating.
Bei einstufiger Beschichtung und bei Zuführen des Zusatzwerkstoffes in Pulver-, Draht-, oder Pastenform kann man erfindungsgemäß den Wirkungsgrad, mit dem der Zusatzwerk stoff aufgebracht wird, dadurch erhöhen, daß die Zuführeinrichtung für den Zusatzwerkstoff durch die Kokille geometrisch geführt wird. Vorteilhaft ist dabei, daß sich Wirkungsgrade von 80 Prozent, vorzugsweise mehr als 95 Prozent erreichen lassen. Technisch lassen sich das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung zur Herstellung von Verschleiß- und Korrosionsschutzschichten nutzen.With single-stage coating and when feeding the filler material in powder, wire, or paste form can be inventively the efficiency with which the additional work Material is applied, increase that the feed device for the filler material is geometrically guided through the mold. It is advantageous that there are efficiencies of 80 percent, preferably more than 95 percent. Technically can be the proposed method and the proposed device for producing Use wear and corrosion protection layers.
Eine weitere Anwendung zielt darauf ab, Formteile zu erzeugen, wobei auf einem Substrat die Außenkontur des späteren Formteils durch sukzessives Legen von Einzelspuren erzeugt wird (Beispiel 4). Der Kern des Formteils kann in einem zweiten Schritt durch gleichen oder fremden Werkstoff aufgefüllt werden. Dies hat den technischen Vorteil, daß es möglich ist, Erstteile aus Metall mit hoher Dichte herzustellen, ohne daß hierzu eine Form notwendig ist (rapid prototyping). Bei erfindungsgemäßem Handeln ergibt sich darüber hinaus der Vorteil, daß Formteile aus nicht gießbaren Werkstoffen herstellbar sind. Hierunter fallen solche Werkstoffe, bei denen eine Komponente nicht aufschmelzen darf, oder solche, bei denen es zu einer Reaktion zwischen den Komponenten des Werkstoffs kommt. Another application aims to produce molded parts, being on a substrate the outer contour of the later molded part was created by successively laying individual tracks (Example 4). The core of the molded part can in a second step by the same or foreign material to be filled. This has the technical advantage that it is possible Produce high-density metal first parts without the need for a mold (rapid prototyping). When acting according to the invention, there is also the advantage that molded parts can be produced from non-castable materials. This includes such Materials in which a component must not melt or those in which it is there is a reaction between the components of the material.
Die Fig. 1 und 2 zeigen die Beschichtung eines rotationssymmetrischen Bauteils, hier ein Sägeblattes, wobei die Schmelze senkrecht zur Vorschubgeschwindigkeit, die zwischen 0, 1 und 1 m/min liegen kann, von einer glattwandigen Kokille und in der Lotrechten vom Bauteil selbst gestützt ist. Ein gepulster Nd:YAG-Laser (Pulsfolgefrequenz: 200 bis 250 Hz, Pulsleistung: 5 bis 7 kW, Pulslänge: 0,7 bis 1 ms) wird mit einer mittleren Ausgangsleistung von 1 bis 1,2 kW und einem Brennfleckdurchmesser von ca. 4 mm (runder Brennfleck, Lei stungsdichte: 5·10³ bis 1·10⁴ W/cm²) auf das ca. 1 bis 3 mm breite Substrat geführt. Simultan erfolgt eine pneumatische Zuführung von pulverförmigem Zusatzwerkstoff mit einer Massenrate von 0,1 bis 0,5 g/s, wobei als Fördergas Argon mit einer Durchflußmenge von 4 l/min verwendet wird. Der Zusatzwerkstoff besteht aus einer Bronze (hier CuSn 20), der hier Hartstoffe mit einem Anteil bis 20 Volumenprozent zugesetzt wurde. Im Falle einer reinen Bronzebeschichtung schmilzt der Beschichtungswerkstoff in der Wirkzone des Laserstrahls auf und bildet eine festhaftende, endkonturnahe Schicht auf dem Substrat. Im Falle von hartstoffhaltigen Zusatzwerkstoffen sind die Hartstoffe unaufgeschmolzen bzw. unzerstört und gleichmäßig verteilt in der Bronzematrix verteilt. Durch die Führung der Zusatzwerkstoffzufuhr (Pulverdüse) und des geförderten Zusatzwerkstoffes (Pulverstrahl) ergeben sich Beschichtungswirkungsgrade über 80 Prozent. Die Beschichtungshöhe erreicht je nach Kombination von Pulvermassenrate und Vorschubgeschwindigkeit zwischen 0,1 und 5 mm. Es entstehen dadurch Höhe zu Breite Verhältnisse zwischen 1 : 20 bis 5 : 1. Durch die glattwandige Kokille ergeben sich Konturabweichungen, die weniger als 3 Prozent der Beschichtungshöhe betragen. Die entstandene Schicht stellt im oben genannten Sinne eine verschleißfeste Schicht dar.The Figs. 1 and 2 show the coating of a rotationally symmetrical component, here a blade, which melt at right angles to the feed rate, which may be between 0, 1 and 1 m / min, supported by a smooth-walled mold and in the perpendicular from the component itself . A pulsed Nd: YAG laser (pulse repetition frequency: 200 to 250 Hz, pulse power: 5 to 7 kW, pulse length: 0.7 to 1 ms) is used with an average output power of 1 to 1.2 kW and a focal spot diameter of approx. 4 mm (round focal spot, power density: 5 · 10³ to 1 · 10⁴ W / cm²) on the approx. 1 to 3 mm wide substrate. Simultaneously there is a pneumatic supply of powdered filler material with a mass rate of 0.1 to 0.5 g / s, using argon with a flow rate of 4 l / min as the conveying gas. The filler material consists of bronze (here CuSn 20), to which hard materials with a share of up to 20 percent by volume have been added. In the case of a pure bronze coating, the coating material melts in the effective zone of the laser beam and forms a firmly adhering, near-net-shape layer on the substrate. In the case of filler materials containing hard materials, the hard materials are not melted or undestroyed and are evenly distributed in the bronze matrix. By guiding the filler material feed (powder nozzle) and the conveyed filler material (powder jet), coating efficiencies of over 80 percent result. Depending on the combination of powder mass rate and feed rate, the coating height reaches between 0.1 and 5 mm. This results in height to width ratios between 1:20 to 5: 1. The smooth-walled mold results in contour deviations that are less than 3 percent of the coating height. The resulting layer represents a wear-resistant layer in the above sense.
Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen die Beschichtung eines ebenen Bauteils, hier eine Leiste, wobei die Schmelze senkrecht zur Vorschubgeschwindigkeit, die zwischen O, 1 und 1 m/min liegen kann, von einer glattwandigen Kokille und in der Lotrechten vom Bauteil selbst gestützt ist. Ein gepulster Nd:YAG-Laser (Pulsfolgefrequenz: 200 bis 250 Hz, Pulsleistung: 5 bis 7 kW, Pulslänge: 0,7 bis 1 ms) wird mit einer mittleren Ausgangsleistung von 1 bis 1,2 kW und einem Brennfleckdurchmesser von ca. 4 mm (runder Brennfleck, Leistungsdichte: 5·10³ bis 1·10⁴ W/cm²) auf das ca. 1 bis 3 mm breite Substrat geführt. Simultan erfolgt eine pneumatische Zuführung von pulverförmigem Zusatzwerkstoff mit einer Massenrate von 0,1 bis 0,5 g/s, wobei als Fördergas Argon mit einer Durchflußmenge von 4 l/min verwendet wird. Der Zusatzwerkstoff besteht aus einer Bronze (hier CuSn 20), der hier Hartstoffe mit einem Anteil von 12,5 Volumenprozent zugesetzt wurde. Im Falle einer reinen Bronzebeschichtung schmilzt der Beschichtungswerkstoff in der Wirkzone des Laserstrahls auf und bildet eine festhaftende, endkonturnahe Schicht auf dem Substrat. Im Falle von bartstoffhaltigen Zusatzwerkstoffen sind die Hartstoffe unaufgeschmolzen bzw. unzerstört und gleichmaßig verteilt in der Bronzematrix verteilt. Durch die Fuhrung der Zusatzwerkstoffzufuhr (Pulverdüse) und des geförderten Zusatzwerkstoffes (Pulverstrahl) ergeben sich Beschichtungswirkungsgrade über 80 Prozent. Die Beschichtungshöhe erreicht je nach Kombination von Pulvermassenrate und Vorschubgeschwindigkeit zwischen 0,1 und 5 mm. Es entstehen dadurch Höhe zu Breite Verhältnisse zwischen 1 : 20 bis 5 : 1. Durch die glattwandige Kokille ergeben sich Konturabweichungen, die weniger als 1 Prozent der Beschichtungshöhe betragen. Die entstandene Schicht stellt im oben genannten Sinne eine verschleißfeste Schicht dar. FIGS. 3, 4 and 5, the coating show a planar member, here a strip, wherein the melt perpendicular to the feed speed which can range from O, 1 and 1 m / min, of a smooth-walled mold and in the perpendicular from the component itself is supported. A pulsed Nd: YAG laser (pulse repetition frequency: 200 to 250 Hz, pulse power: 5 to 7 kW, pulse length: 0.7 to 1 ms) is used with an average output power of 1 to 1.2 kW and a focal spot diameter of approx. 4 mm (round focal spot, power density: 5 · 10³ to 1 · 10⁴ W / cm²) on the approx. 1 to 3 mm wide substrate. Simultaneously there is a pneumatic supply of powdered filler material with a mass rate of 0.1 to 0.5 g / s, using argon with a flow rate of 4 l / min as the conveying gas. The filler material consists of a bronze (here CuSn 20), to which hard materials with a share of 12.5 percent by volume have been added. In the case of a pure bronze coating, the coating material melts in the effective zone of the laser beam and forms a firmly adhering, near-net-shape layer on the substrate. In the case of filler materials containing beard, the hard materials are not melted or destroyed and are evenly distributed in the bronze matrix. The guidance of the filler material feed (powder nozzle) and the conveyed filler material (powder jet) results in coating efficiencies of over 80 percent. Depending on the combination of powder mass rate and feed rate, the coating height reaches between 0.1 and 5 mm. This results in height to width ratios between 1:20 to 5: 1. The smooth-walled mold results in contour deviations that are less than 1 percent of the coating height. The resulting layer represents a wear-resistant layer in the above sense.
Die Fig. 6 und 7 zeigen die Beschichtung eines ebenen Bauteils, hier eine Leiste, wobei die Schmelze mit einer geteilten Kokille gestützt wird. Senkrecht zur Vorschubgeschwindigkeit, die zwischen 0,1 und 1 m/min liegen kann, wird die Schmelze von einem glattwandigen ersten Kokillenteil und in der Lotrechten vom Bauteil selbst gestützt ist. Senkrecht zum ersten Kokillenteil stützt der zweite Teil der glattwandigen Kokille die Schmelze an der Oberseite, wodurch in einer weiteren Richtung die Endkontur erreicht wird. Während der erste Kokillenteil, der die Schmelze abstützt, mit dem Substrat fest verbunden ist, ist der zweite Kokillenteil mit dem Laser und der Zusatzwerkstoffzufuhr (Pulverdüse) verbunden. Ein gepulster Nd:YAG-Laser (Pulsfolgefrequenz: 200 bis 250 Hz, Pulsleistung: 5 bis 7 kW, Pulslänge: 0,7 bis 1 ms) wird mit einer mittleren Ausgangsleistung von 1 bis 1,2 kW und einem Brennfleckdurchmesser von ca. 4 mm (runder Brennfleck, Leistungsdichte: 5·10³ bis 1·10⁴ W/cm²) auf das ca. 1 bis 3 mm breite Substrat geführt. Simultan erfolgt eine pneumatische Zuführung von pulverförmigem Zusatzwerkstoff mit einer Massenrate von 0,1 bis 0,5 g/s, wobei als Fördergas Argon mit einer Durchflußmenge von 4 l/min verwendet wird. Der Zusatzwerkstoff besteht aus einer Bronze (hier CuSn 20), der Hartstoffe mit einem Anteil von 12,5 Volumenprozent zugesetzt wurde. Im Falle einer reinen Bronzebeschichtung schmilzt der Beschichtungswerkstoff in der Wirkzone des Laserstrahls auf und bildet eine festhaftende, endkonturnahe Schicht auf dem Substrat. Im Falle von hartstoffhaltigen Zusatzwerkstoffen sind die Hartstoffe unaufgeschmolzen bzw. unzerstört und gleichmäßig verteilt in der Bronzematrix verteilt. Durch die Führung der Zusatzwerkstoffzufuhr (Pulverdüse) und des geförderten Zusatzwerkstoffes (Pulverstrahl) ergeben sich Beschichtungswirkungsgrade über 80 Prozent. Die Beschichtungshöhe erreicht je nach Kombination von Pulvermassenrate und Vorschubgeschwindigkeit zwischen 0,1 und 5 mm. Es entstehen dadurch Höhe zu Breite Verhältnisse zwischen 1 : 20 bis 5 : 1. Durch die glattwandige Kokille ergeben sich Konturabweichungen, die weniger als 1 Prozent der Beschichtungshöhe betragen. Die entstandene Schicht stellt im oben genannten Sinne eine verschleißfeste Schicht dar. FIGS. 6 and 7 show the coating of a planar member, here a bar, the melt is supported with a split mold. Perpendicular to the feed rate, which can be between 0.1 and 1 m / min, the melt is supported by a smooth-walled first mold part and in the perpendicular by the component itself. Perpendicular to the first part of the mold, the second part of the smooth-walled mold supports the melt on the top, whereby the final contour is reached in a further direction. While the first mold part, which supports the melt, is firmly connected to the substrate, the second mold part is connected to the laser and the filler material feed (powder nozzle). A pulsed Nd: YAG laser (pulse repetition frequency: 200 to 250 Hz, pulse power: 5 to 7 kW, pulse length: 0.7 to 1 ms) is used with an average output power of 1 to 1.2 kW and a focal spot diameter of approx. 4 mm (round focal spot, power density: 5 · 10³ to 1 · 10⁴ W / cm²) on the approx. 1 to 3 mm wide substrate. Simultaneously there is a pneumatic supply of powdered filler material with a mass rate of 0.1 to 0.5 g / s, using argon with a flow rate of 4 l / min as the conveying gas. The filler material consists of a bronze (here CuSn 20), to which hard materials with a share of 12.5% by volume have been added. In the case of a pure bronze coating, the coating material melts in the effective zone of the laser beam and forms a firmly adhering, near-net-shape layer on the substrate. In the case of filler materials containing hard materials, the hard materials are not melted or undestroyed and are evenly distributed in the bronze matrix. By guiding the filler material feed (powder nozzle) and the conveyed filler material (powder jet), coating efficiencies of over 80 percent result. Depending on the combination of powder mass rate and feed rate, the coating height reaches between 0.1 and 5 mm. This results in height to width ratios between 1:20 to 5: 1. The smooth-walled mold results in contour deviations that are less than 1 percent of the coating height. The resulting layer represents a wear-resistant layer in the above sense.
Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen die Herstellung von Formteilen, wobei eine Kokille, die fest mit dem Laserstrahl und der Zusatzwerkstoffzufuhr (Pulverdüse) verbunden ist, die Schmelze stützt. Durch Verfahren von Laserstrahl, Zusatzwerkstoffzufuhr und Kokille in der x-y-Ebene entsteht eine Spur. Durch mehrmaliges Übereinanderlegen von Spuren mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 1 m/min entsteht ein Formteil. Ein gepulster Nd:YAG-Laser (Pulsfolgefrequenz: 200 bis 250 Hz, Pulsleistung: 5 bis 7 kW, Pulslange: 0,7 bis 1 ms) wird mit einer mittleren Ausgangsleistung von 1 bis 1,2 kW und einem Brennfleckdurchmesser von ca. 4 mm (runder Brennfleck, Leistungsdichte: 5·10³ bis 1·10⁴ W/cm²) auf das Substrat geführt. Der Abstand der beiden Kokillenteile beträgt 1 bis 3 mm. Simultan erfolgt eine pneumatische Zuführung von pulverförmigem Zusatzwerkstoff mit einer Massenrate von 0,1 bis 0,5 g/s, wobei als Fördergas Argon mit einer Durchflußmenge von 4 l/min verwendet wird. Der Zusatzwerkstoff besteht aus einer Bronze (hier CuAl 10) oder anderen mit dem Laserstrahl schmelzbaren Werkstoffen. Der Beschichtungswerkstoff schmilzt in der Wirkzone des Laserstrahls auf und bildet ein in 5 Richtungen freistehendes, endkonturnahes Formteil, das in der 6. Richtung am Substrat haftet. Durch die Führung der Zusatzwerkstoffzufuhr (Pulverdüse) und des geförderten Zusatzwerkstoffes (Pulverstrahles) ergeben sich Beschichtungswirkungsgrade über 80 Prozent. Das Verhältnis von Beschich tungshöhe zu -breite muß ca. 1 : 10 betragen, um eine endkonturnahe Kontur zu erreichen. Figs. 8, 9 and 10 show the production of moldings, wherein a mold, which is firmly connected to the laser beam and the filler material supply (powder nozzle), supports the melt. A trace is created by moving the laser beam, filler material supply and mold in the xy plane. A molded part is created by repeatedly stacking tracks at a speed of 0.1 to 1 m / min. A pulsed Nd: YAG laser (pulse repetition frequency: 200 to 250 Hz, pulse power: 5 to 7 kW, pulse length: 0.7 to 1 ms) is used with an average output power of 1 to 1.2 kW and a focal spot diameter of approx. 4 mm (round focal spot, power density: 5 · 10³ to 1 · 10⁴ W / cm²) on the substrate. The distance between the two mold parts is 1 to 3 mm. Simultaneously there is a pneumatic supply of powdered filler material with a mass rate of 0.1 to 0.5 g / s, using argon with a flow rate of 4 l / min as the conveying gas. The filler material consists of bronze (here CuAl 10) or other materials that can be fused with the laser beam. The coating material melts in the effective zone of the laser beam and forms a free-standing, 5-directional, near-net-shape molded part that adheres to the substrate in the 6th direction. By guiding the filler material feed (powder nozzle) and the conveyed filler material (powder jet), coating efficiencies of over 80 percent result. The ratio of coating height to width must be approx. 1:10 in order to achieve a contour close to the final contour.
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Owner name: HILTI AKTIENGESELLSCHAFT, SCHAAN, LI |
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