BreitbahnDED ist ein öffentlich gefördertes Forschungsprojekt zur Entwicklung breiterer Schweißraupen in Laser Metal Deposition, auch bekannt als DED-LB/M oder Laserauftragschweissen. Die industrielle Frage ist einfach: Kann die großflächige Materialauftrag schneller werden, ohne die Kontrolle über die Stabilität des Schmelzbades, die Geometrie, die Temperaturverteilung und die endgültige Validierung zu verlieren?

Der offizielle Fokus des Projekts liegt auf der System- und Prozessentwicklung zur Erzeugung breiter Schweißspuren in Laser Cladding und Directed Energy Deposition mit Multispot-Optiken. Für Exafuse ist die Relevanz direkt: Große Bauteile, Reparaturaufbauten und Schutzbeschichtungen hängen oft davon ab, wie effizient Material über eine große Oberfläche oder ein großes Volumen aufgetragen werden kann.

Die Produktivitätsgrenze bei herkömmlichen LMD-Schienen

Laser Metal Deposition ist nützlich für die Herstellung, Reparatur und Beschichtung von Metallkomponenten, aber große Flächen können langsam werden, wenn jede einzelne Spur schmal ist. Herkömmliche LMD-Spuren liegen oft im Bereich von 1–4 mm. Große Aufbauten oder breite Beschichtungen erfordern daher viele überlappende Wege.

Daraus ergeben sich drei praktische Probleme. Erstens erhöht die Anzahl der Werkzeugwege die Bearbeitungszeit. Zweitens können Überlappungszonen zu qualitätsempfindlichen Bereichen werden, wenn Hitze, Perlenform oder Pulverabgabe nicht kontrolliert werden. Drittens kann die bloße Vergrößerung des Laserfokus und der Laserleistung neue Risiken wie ungleichmäßige Wärmeverteilung, instabile Schmelzbäder, Verformungen und höhere Betriebskosten mit sich bringen.

Der BreitbahnDED-Ansatz

BreitbahnDED untersucht rotierende Multispot-Optiken, anstatt sich auf einen vergrößerten Laserspot zu verlassen. Der Laserstrahl wird in mehrere Punkte aufgeteilt und diese Punkte werden durch ein optomechanisches System schnell gedreht.

Ziel des Projekts ist es, breitere und gleichmäßigere Materialauftragsspuren zu schaffen. Die öffentliche Projektkommunikation beschreibt ein anfängliches Ziel bei etwa 5 mm und einen möglichen Weg zu 10 mm-Spuren. Dabei handelt es sich um Forschungsziele und nicht um das Versprechen, dass jedes Kundenteil in dieser Breite abgelegt werden kann.

Was wird entwickelt?

Das Projekt ist nicht nur ein Optik-Thema. Es kombiniert Hardware, Pulverförderung, Sensorik und Steuerung:

  • Ein neuer LMD-Bearbeitungskopf, der eine rotierende Multispot-Optik integriert.
  • Ein dynamisches Pulverzufuhrsystem mit totzeitkompensierter Steuerung für eine präzisere Materialzufuhr.
  • Multimodale Sensorik mit CMOS-Kameras, Pyrometern und Triangulationssensoren zur Prozessbeobachtung.
  • Echtzeit-Steuerungsalgorithmen zur Schmelzbadstabilisierung.
  • Adaptive Schicht-zu-Schicht-Steuerung zur Unterstützung einer gleichmäßigeren Bauqualität.

Erwartete industrielle Vorteile

Wenn die Technologie wie vorgesehen funktioniert, könnten breitere und stabilere Schienen die Bearbeitungszeit für große Bauteile und Beschichtungen verkürzen. Im öffentlichen Projekttext wird von einer möglichen Zeitersparnis von 30-50 % und einem Pulverausnutzungsziel von über 95 % gesprochen. Diese sollten als Projektziele oder Schätzungen gelesen werden, nicht als garantierte Kundenergebnisse.

Der umfassendere industrielle Nutzen lässt sich leichter beschreiben: Weniger Spuren, eine kontrollierte Wärmeverteilung und eine bessere Prozessbeobachtung könnten großflächiges LMD, Reparatur und Beschichtung dort produktiver machen, wo die Teilegeometrie geeignet ist.

Das Projektkonsortium

BreitbahnDED bringt Forschungs- und Industriepartner zusammen:

  • Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik (LAT), Projektkoordination.
  • LMB Automation GmbH.
  • Kamp und Kötter GmbH.
  • Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Regelungstechnik und Systemtheorie.
  • ThinkIng – Additive Technology GmbH, öffentlich firmierend als Exafuse.

Das Projekt wird von der Europäischen Union über den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung und den Just Transition Fund im Rahmen des EFRE/JTF-Programms NRW 2021-2027 im Rahmen der Wettbewerbsausschreibung „Industrie.IN.NRW – Innovative Materialien und intelligente Produktion“ gefördert.

Die Rolle von Exafuse

Exafuse bringt die Anwendungsperspektive ein: großvolumige LMD-Teile, anspruchsvolle Verschleißschutzbeschichtungen, Reparaturanwendungsfälle und Erfahrung in der Legierungsverarbeitung. Das ist wichtig, weil die Wide-Bead-Forschung nur dann industriell nützlich ist, wenn sie die Einschränkungen der Realteile übersteht.

Im Projekt unterstützt Exafuse Systemdesign und Simulationseingaben auf der Grundlage industrieller Anwendungen, trägt zur Hardware- und Softwareintegration bei und hilft bei der Validierung und iterativen Optimierung des Prototypprozesses. Der Schwerpunkt liegt auf der anwendungsorientierten Prüfung, insbesondere für größere Teile und anspruchsvolle Materialien.

Wo LMD mit breiterem Wulst passen könnten

Strategien mit breiteren Wulsten sind am relevantesten, wenn das Materialauftragsvolumen, die Beschichtungsfläche oder der Reparaturaufbau die Wirtschaftlichkeit bestimmen. Sie sind weniger relevant, wenn es bei dem Teil auf kleine Details, scharfe lokale Merkmale oder ein sehr begrenztes Schlichtaufmaß ankommt.

Für Käufer bedeutet dies, dass es bei der LMD-Produktivität nicht nur um die Maschinenleistung geht. Es geht auch um Perlenstrategie, Pulverförderung, Wärmemanagement, Überwachung, Endbearbeitung und Inspektion.

Was Sie senden müssen, wenn Sie einen Pilot- oder F&E-Fall besprechen möchten

Senden Sie die Teilegeometrie, das ungefähre Materialauftragsvolumen, das Basismaterial, kritische Oberflächen, Endbearbeitungsanforderungen und Servicebedingungen. Fügen Sie zur Reparatur oder Beschichtung Fotos des betroffenen Bereichs bei und beschreiben Sie die Schadensbild. Dies gibt Exafuse eine praktische Grundlage für die Entscheidung, ob eine Abscheidungsstrategie mit höherem Durchsatz relevant ist.