Multitasking-Maschinen

Andrea Gillhuber,

Gemeinsames Multitasking

Ein Werkzeug, das alles kann: Wie wäre es, Schneiden, Schleifen, additives Laserauftragsschweißen und Laserhärten in nur eine Maschine zu packen? Okuma und Trumpf zeigen, wie es geht.

Die Multitasking-Maschinen der Serie Laser Ex von Okuma kombinieren subtraktive und additive Fertigungsverfahren. © Trumpf/ Okuma

Okuma mit Hauptsitz im japanischen Oguchi ist einer der weltweit führenden CNC-Werkzeugmaschinen-Hersteller. Das Unternehmen ist spezialisiert auf sogenannte Multitasking-Maschinen. Diese bündeln mehrere Fertigungsmethoden in nur einer Maschine, zum Beispiel Drehen, Fräsen und Schleifen. Bislang jedoch nur solche subtraktiven Verfahren. „Mit der Integration eines additiven Verfahrens hätten wir eine Super-Multitasking-Maschine, wie es sie bisher noch nicht gab“, erzählt Seiei Yamamoto von Okuma.

Gedacht hat Yamamoto dabei hauptsächlich an Anwender aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Werkzeug- und Formenbau sowie Hersteller von Gieß- und Formteilen. Bei komplexen Teilen kleiner Serien zählen vor allem Prozesssicherheit und höchste Fertigungsqualität. Und für die Produktionsverfahren sah Okuma hohes Potenzial für den Laser: „Beispielsweise bei Anwendungen wie 3D-Moulding, also dem Auftragen von Schutzschichten aus hitzebeständigen oder verschleißfesten Legierungen wie dem Materialauftrag für die Reparatur von Turbinen, Blisks oder Druckgussteilen. Anstatt hier für zusätzliche Arbeitsschritte unterschiedliche Maschinen einzusetzen, wäre das Prinzip „Done-on-one“ von großem Nutzen.

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Okuma aber hat weitergedacht: Wenn schon einen Laser integrieren, dann soll er auch etwas anderes können. „So hatten wir die Idee, auch noch Laserhärten in die Maschine zu packen, um einen weiteren Nachbearbeitungsschritt zu sparen.“

Die Suche nach dem Partner

Schnell war klar, dass man das Rad nicht neu erfinden wollte. Yamamoto: „Wir beabsichtigten, mit einem Partner zusammenzuarbeiten, der Erfahrung mit additiver Technologie hat und bereit ist, sein Know-how mit unseren erprobten Maschinen-Komponenten und unserer selbst entwickelten Steuerung zu kombinieren.“ Die Qualitätsansprüche waren hoch, und Yamamoto wollte auch die Probephasen möglichst kurz halten. „Als ich mit Antonio Candel-Ruiz von Trumpf gesprochen hatte, war mir klar, dass wir unseren Partner gefunden haben.“

Der gemeinsame Nenner

Candel-Ruiz machte sich an die Arbeit. Der Experte für Flächenauftrag blickt zurück: „Das war eine aufregende Sache, denn spanende Verfahren sind schnell. Kommt LMD, also Laserauftragsschweißen, da schon mit? Und wie lässt sich das Anforderungsspektrum von Okuma abdecken? Filigrane Strukturen sollten ebenso möglich sein wie ein breitflächiger Auftrag. Und dann noch Härten. Eigentlich kam da nur ein bestimmter Typ Laser infrage: der Scheibenlaser.“

Der letztendlich ausgewählte Scheibenlaser verfügt mit 4 kW über eine relativ hohe Laserleitung sowie eine ausgesprochen hohe Strahlqualität und übertraf damit die Anforderungen von Okuma um den Faktor 2. Candel-Ruiz: „Jetzt ging es an die Optik. Auch hier war Flexibilität gefragt, denn verständlicherweise wollte Okuma einen Optikwechsel vermeiden.“ Letztendlich wurde auf eine Optik gewählt, bei der sich der Laserspot-Durchmesser entlang einer Bewegung von 0,4 bis 8,5 mm variieren lässt.

Seiei Yamamoto, Advanced Processing Development bei Okuma, holte sich Erfahrung in Sachen additiver Technologie ins Haus. © Cody Ellingham

„LMD war für uns Neuland. Deshalb haben wir uns über das gut abgestimmte Laser-Equipment gefreut. Ebenso wichtig war aber das Know-how, das die Trumpf-Experten auf dem Gebiet additiver Fertigungsverfahren haben. Gemeinsam ist es uns gelungen, in kurzer Zeit eine Menge Wissen aufzubauen,“ erinnert sich Yamamoto. Die Fachleute beider Unternehmen setzten sich zunächst zusammen, nahmen sich das Teilespektrum vor und definierten Teile, die sich sinnvoll mit LMD bearbeiten lassen. Candel-Ruiz berichtet von dieser Zusammenarbeit: „Okuma hat einige Prototypenanlagen gebaut und wir haben vor Ort Anwendungsbeispiele entwickelt. Im Fokus standen dabei Fragen nach den geeigneten Materialien und den optimalen Geometrien. Parameter wie Laserleistung und Gasmengen in Abhängigkeit von dem verwendeten Pulver waren ebenso Teil unseres Know-how-Transfers wie die Entwicklung geeigneter Belichtungsstrategien.“

Eine für alles

Die Rechnung ging auf, und Okuma hat sein Super-Multitasking-Konzept auf zwei neue Anlagentypen umgesetzt: Sie fräsen, drehen, schleifen und ermöglichen das Laserauftragsschweißen sowie die Wärmebehandlung von Werkstücken unterschiedlichster Größe und Form. Yamamoto ist sehr zufrieden: „Das Härten in der Maschine mit dem Laser geht schneller und verursacht weniger Verformungen als beim bisher angewandten induktiven Verfahren. Und alle Prozesse auf einer Anlage zu bündeln, zahlt sich aus: Spürbar reduzierte Durchlaufzeiten ermöglichen es unseren Kunden, signifikant schneller zu produzieren als bisher.“

Schon heute wissen zunehmend mehr Konstrukteure, welche Vorteile hybride Fertigungsverfahren bieten, und beziehen die Technologien von Anfang an in ihre Produktionsplanungen ein. „Und wir liefern die passenden Maschinen dazu. Ich bin mir sicher, dass es schon bald Teile geben wird, die ausschließlich auf Multitasking-Maschinen produziert und bearbeitet werden“, ist sich Yamamoto sicher.

Nach Unterlagen von Trumpf und Okuma / ag

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