Individuelle Spannvorrichtung für das Laserschweißen

Der ThinKing Award für den Oktober 2020 der Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg geht an einen „Möglichmacher“ für den Leichtbau. Die von H.P. Kaysser additiv gefertigte Aufnahme und Spannvorrichtung für das Laserschweißen beschleunigt die Time-to-Market für Blechbauteile merklich.

„Wir nutzen den Metall-3D-Druck, um langfristige Fertigungslösungen zu generieren, denn die additive Fertigung ergänzt die Prozesskette für lasergeschweißte Blechbauteile hervorragend und eröffnet unseren Kunden und uns viele neue Lösungsmöglichkeiten für kniffelige Aufgaben.“
(Tobias Scheffel, H.P. Kaysser)

Das Unternehmen H.P. Kaysser erarbeitet seit 1998 mit Kunden aus unterschiedlichen Branchen Anwendungen für das Laserschweißen aus Blech – zunehmend auch für den Leichtbau. Dabei nutzt es auch die additive Fertigung. Die mit dem ThinKing Award ausgezeichnete Laserschweißvorrichtung wird bedarfsgerecht im Unternehmen konstruiert und in Edelstahl 1.4404 3D gedruckt.

Der 3D-Druck erlaubt eine größere Freiheit bei Formgebung und Funktionsintegration für individuelle Spannkonzepte. So wurde die für den Leichtbau charakteristische Funktionsintegration in der Laserschweißvorrichtung umgesetzt – obwohl das Bauteilgewicht nicht ausschlaggebend ist, da sie auf einem Dreh-Kipptisch montiert wird.

Integriert wurden innere Begasungszuleitungen, die das Schutzgas individuell an die Laserschweißnaht führen. Das verbessert die Qualität der Fügenaht  beim Laserschweißen deutlich. Zudem entfällt ein Prozessschritt in der Herstellung des Blechbauteils, weil die Schweißnaht im Nachgang nicht mehr bearbeitet werden muss.

Der 3D-Metalldruck macht nicht nur die Entstehung der häufig wechselnden Projekte deutlich schneller. Dank der passgenauen additiven Fertigung können die iterativen Optimierungen für konventionell gefertigte Spannvorrichtungen entfallen. Andererseits kann für den Anwender sowohl schneller mit der Fertigung der Blechbauteile begonnen und die Fertigung deutlich beschleunigt werden.

„Benötigt etwa das bisher nur durch manuelles Schweißen zu fertigende Bauteil pro Stück eine Bearbeitungszeit von etwa acht bis zehn Minuten, so reden wir jetzt von einer Fertigungszeit mit Roboterschweißen von etwa drei Minuten.“
(Tobias Scheffel, H.P. Kaysser)

Zwar stellt die Vorrichtung an sich einen hohen Kostenfaktor in der Stückkosten-Berechnung für die Blechbauteile dar, weshalb der Zeitvorteil in der Produktion der Teile erst ab einer gewissen Grenzstückzahl eine merkliche Rolle spielt. Dennoch amortisiert sich eine additiv gefertigte Laserschweißvorrichtung schneller, da  lasergeschweißte Blechbauteile auch mit komplexen Geometrien und niedrigeren Stückzahlen möglich werden.

Die Vorrichtung lässt sich dank generativen Aufbaus zudem so aufbaen,  wie es die Zugänglichkeit für die Roboterschweißoptik erfordert. Auch die Entnahme des Bauteils ist dank einer weiten Öffnung erleichtert. Der Schlüssel liegt hier im endkonturnahen Design des Spannkonzepts. Auf der additiv gefertigten Vorrichtung lassen sich die einzelnen Blechteile mit den Spannern leicht so fixieren, dass sie im Laserschweißprozess ideal zueinander positioniert sind und ein geringer Fügespalt für eine hochwertige Schweißnaht entsteht.

Gleichzeitig wird für den Schweißroboter genügend Raum eröffnet, um auch filigrane Stellen und kleine Ecken und Kanten sauber zu verbinden. Das spielt vor allem dann eine Rolle, wenn die Komplexität der Bauteile steigt, was im Leichtbau oft der Fall ist.

Bild oben: Dank der 3D-gedruckten passgenauen Spannvorrichtung kann H.P. Kaysser per Robotor sauber lasergeschweißte und komplexere Blechbauteile in niedrigen Stückzahlen anbieten, die weniger Nacharbeit erfordern. (Quelle: LeichtbauBW, H.P.Kaysser)

Quelle und weitere Infos: LeichtbauBW