Het Fraunhofer Instituut voor Lasertechnologie ILT heeft een nieuw hybride proces ontwikkeld, genaamd Simultaneous Machining and Coating (SMaC), dat lasermateriaalafzetting combineert met draaien, slijpen of frezen. Met SMaC kunnen zeer sterke coatingmaterialen snel en efficiënt worden aangebracht en tegelijkertijd worden bewerkt. Met deze technologie kan de industrie onderdelen produceren met een langere levensduur en langere bedrijfscycli. Dit is een voordeel dat zeer aantrekkelijk is voor de energiesector, de automotive en de chemische industrie.
Coatings zijn zoiets als verborgen kampioenen: Nauwelijks opgemerkt, doen ze geweldige dingen. Ze helpen onderdelen te beschermen tegen allerlei soorten schade en slijtage. Ze verbeteren de fysische of chemische eigenschappen van de oppervlakken van onderdelen of geven ze bepaalde functies. Ze kunnen ook helpen energie te besparen dankzij hun isolerende of reflecterende eigenschappen.
SMaC
Een nieuw, gepatenteerd combinatieproces, ontwikkeld aan het Fraunhofer Instituut voor Lasertechnologie ILT – Simultaneous Machining and Coating (SMaC) – verbetert ook op een andere manier de energie footprint “We hebben mechanische bewerking gecombineerd met extreem snelle laser materiaaldepositie EHLA in één enkele processtap,” legt Viktor Glushych uit. Hij is hoofd van de Coating LMD en Heat Treatment groep bij Fraunhofer ILT. “Hierdoor kunnen we de verwerkingstijden aanzienlijk verkorten”, zegt hij. Afhankelijk van het eisenprofiel en het coatingmateriaal kan de procestijd met meer dan 60 procent worden verkort.
Corrosie en slijtage
SMaC lost een fundamenteel probleem op van hoogwaardige beschermende coatings die beschermen tegen corrosie en slijtage: Hoe harder de coating, hoe beter de bescherming, maar hoe complexer de nabewerking. Het unieke van SMaC is dat het gebruikmaakt van de restwarmte die tijdens het EHLA-proces ontstaat.
Warmte
Onmiddellijk na de afzetting van het lasermateriaal vertonen de coatingmaterialen slechts een fractie van hun hardheid omdat er restwarmte van enkele honderden graden Celsius is. Bij mechanische bewerking, die parallel plaatsvindt, kan het gereedschap met hogere snijsnelheden werken omdat het bekledingsmateriaal zachter is wanneer het onmiddellijk na de depositie wordt bewerkt.
Hoge oppervlaktekwaliteit
“Met SMaC kunnen we op economische wijze corrosie- en slijtvaste coatings aanbrengen. We bereiken aanzienlijk hogere oppervlaktekwaliteiten en een potentieel langere levensduur van het gereedschap dan bij de gebruikelijke sequentiële bewerking,” verduidelijkt Glushych. Met het EHLA-proces kunnen hoogvaste coatingmaterialen worden bewerkt – zelfs legeringen met een hoge entropie of metallisch glas, die met conventionele methoden nauwelijks kunnen worden bewerkt.
Breed scala aan toepassingen voor SMaC
Met SMaC kunnen gebruikers onderdelen coaten op een zeer productieve, economische en veelzijdige manier. Het nieuwe procédé is echter ook vanuit ecologisch oogpunt interessant, omdat onderdelen bij gebruik aanzienlijk langer onbeschadigd kunnen blijven, waardoor ze minder vaak hoeven te worden vervangen. “SMaC verlengt de levensduur, bedrijfscycli en onderhoudsintervallen van componenten, samenstellingen en complete machines aanzienlijk”, zegt Glushych. “Dit verhoogt de grondstof- en energie-efficiëntie van de componenten en minimaliseert machinestilstand.”
Minder reserveonderdelen
Minder reserveonderdelen betekent minder grondstoffenverbruik, minder onderhoud, minder transport en opslag. Voor veel bedrijven betekent dit dat zij onafhankelijker kunnen werken en betrouwbaarder kunnen plannen. Zij bereiken hiermee een grotere veerkracht in de productie. De laatste jaren zijn sommige bedrijven bijvoorbeeld vertraagd door zeer lange levertijden voor functionele metalen onderdelen. SMaC zou deze trend helpen tegengaan.
Besparing in energie, tijd en middelen
“SMaC is efficiënt en bespaart energie, tijd en middelen”, aldus Glushych, die de voordelen beschrijft. In principe is het proces geschikt voor alle toepassingen waarbij onderdelen eerder werden gecoat en vervolgens bewerkt. Het kan bijvoorbeeld worden gebruikt om coatings te produceren voor corrosie- en slijtagebescherming, coatings met harde en zachte magnetische eigenschappen of om extreem resistente glijlagercoatings en andere functionele oppervlakken te produceren.
Toepassingsgebieden
Toepassingen zijn bijvoorbeeld te vinden in de energiesector en de gehele automotive – overal waar sterk belaste, rotatiesymmetrische componenten nodig zijn. In de chemische industrie bijvoorbeeld moeten oppervlakken bestand zijn tegen zeer agressieve stoffen. In de mijnbouw of bij gereedschappen beschermt SMaC met succes tegen slijtage. De toepassingsgebieden zijn niet alleen talrijk, maar ook divers.
Remschijf- en multi-materiaal coatings
Glushych denkt een stap vooruit: “In het kader van de komende Euro 7 regelgeving wordt EHLA coating van remschijven beschouwd als een zeer veelbelovende oplossing om de uitstoot van deeltjes tijdens het remmen te verminderen. Met Simultaneous Coating and Machining kunnen we bepaalde remschijfcoatings sneller en productiever produceren”, zegt hij. “Een andere toepassing die we willen testen is de productie van multi-materiaal coatings in batterijtechnologie.” De wetenschapper is er zeker van dat dit nieuwe combinatieproces in de nabije toekomst veel nieuwe toepassingsgebieden zal openen voor lasergebaseerde coatingtechnologie.
Ook interessant: Lasers voor waterstoftechnologie – Fraunhofer ILT huldigt nieuw waterstoflab in