Ein Team des Fraunhofer ILT hat ein Messverfahren zur Charakterisierung des Pulvergasstrahls entwickelt, welches eine einfache und reproduzierbare Überprüfung der Düsenqualität ermöglicht.
Bei der Reparatur und Herstellung metallischer Bauteile und zur Funktionalisierung metallischer Oberflächen ist die Pulvergaszufuhr entscheidend für das Bearbeitungsergebnis. Zur Gewährleistung einer gleichbleibenden Prozessstabilität und –qualität, muss das Bearbeitungsergebnis regelmäßig überprüft werden, da es durch Abnutzung der Düse zu Abweichungen kommen kann, die sich in einer Veränderung des Pulverfokusdurchmessers und der Pulverfokuslage bemerkbar machen. Besonders wichtig ist auch die Ausrichtung des Pulvergasstrahls zum Laserstrahl. Bisher wurden diese Veränderungen nur mit Hilfe von Referenzproben durch Laserauftragschweißen ermittelt und um die Qualität der Düse zu bestimmen, wurden die Proben mit Vergleichsauftragsschweißungen korreliert.

Beim Messverfahren des Fraunhofer ILT wird der Pulvergasstrahl seitlich von einem Laserstrahl beleuchtet. Koaxial zur Düse ist eine Kamera angebracht, die den Pulvergasstrahl durch die Düse hindurch erfasst, wodurch die ringförmige Verteilung des Pulvers sichtbar wird. Die einzelnen Pulverpartikel lassen sich wegen der hohen Bildrate der Kamera zu einem definierten Zeitpunkt in Anzahl und Position erfassen. Der seitliche Laserstrahl fährt nun Ebene für Ebene den Pulvergasstrahl ab, wobei er pro Ebene zur Datenerfassung nur wenige Sekunden benötigt. Aus mehreren Tausend Einzelaufnahmen wird dann eine Partikeldichteverteilung pro Ebene errechnet, die einzelnen Schichtaufnahmen werden schließlich übereinandergelegt und ergeben eine räumliche Partikeldichteverteilung.


»Mit diesem Verfahren ist es uns gelungen, Konstanz des Pulvermassenstroms, Symmetrie des Pulvergasstrahls sowie Lage und Größe des Pulverfokus erstmals messtechnisch zu erfassen«, erklärt Stefan Mann, Projektleiter am Fraunhofer ILT.


Anwendung findet das neue Messverfahren in sämtliche Aktivitäten im Bereich des Laserauftragschweißens, in erster Linie der Triebwerks- und Motorenbau sowie der Werkzeug- und Maschinenbau.