Lektion 4.10UmformenKapitel 4 · Blech- und Rohrumformung

Laserstrahl-Peen-Umformen

Laserschüsse strecken eine Seite, sodass sich eine Platte krümmt

Das Laserstrahl-Peen-Umformen biegt Metallplatten ohne Gesenk, mit tausenden winziger, laserangetriebener Stoßwellen. Jeder Schuss presst eine kleine Stelle einer Oberfläche zusammen; zusammen strecken sie diese Seite, und die Platte krümmt sich langsam, wie eine Seite, die sich wellt, wenn eine Seite feucht wird. Es formt dicke Flugzeugflügelplatten und richtet verzogene Teile mit großer Kontrolle.

Laserstrahl-Peen-Umformen · ein Schuss in der Nahaufnahme und die Platte nach vielen SchüssenDie eingekreisten Zahlen entsprechen den Schritten unten. Die linke Ansicht zoomt auf einen Schuss; die rechte zeigt die ganze Platte.

So funktioniert es

Die Oberfläche mit Wasser bedecken. Die Platte wird unter dem Laser befestigt, und eine dünne Wasserschicht fließt über den zu behandelnden Bereich.
Einen Laserpuls abfeuern. Ein energiereicher gepulster Laser feuert einen sehr kurzen Puls von etwa 20 Nanosekunden Länge durch das Wasser auf eine Stelle von einigen Millimetern Breite.
Einen Plasmastoß erzeugen. Der Puls wandelt eine dünne Hautschicht der Oberfläche in Plasma um (ein glühendes, elektrisch geladenes Gas). Das Wasser schließt es ein, sodass der Druck sprunghaft steigt und eine Stoßwelle ins Metall treibt.
Eine verdichtete Schicht hinterlassen. Der Stoß presst das Metall unter der Stelle zusammen und hinterlässt eine Schicht, oft 1–2 mm tief, mit Druckeigenspannung (im Metall eingeschlossene Spannung, die nach außen auf ihre Nachbarn drückt).
Im Muster wiederholen. Ein Roboter bewegt den Laserfleck Stelle für Stelle entlang eines berechneten Musters. Die eingeschlossenen Spannungen addieren sich, und die Platte krümmt sich; sie wird gemessen und mit weiteren Schüssen korrigiert.

Wichtige Fakten

Werkstoffe: Aluminiumlegierungen (auch Aluminium-Lithium), Titan, Stähle, Nickellegierungen
Typische Teile: Leicht oder doppelt gekrümmte Flügel- und Rumpfplatten, versteifte Platten, verzogene Teile, die gerichtet werden müssen
Bauteilgröße: Von kleinen Teilen bis zu mehrere Meter langen Platten, begrenzt durch die Reichweite des Roboters
Präzision: Die Krümmung baut sich in kleinen, kontrollierten Schritten auf; die Endform wird gemessen und korrigiert, meist auf wenige zehntel Millimeter genau
Oberfläche: Leicht genarbtes Muster überlappender Punkte; verbessert oft die Ermüdungslebensdauer (Widerstand gegen Rissbildung bei wiederholter Belastung)
Geeignete Losgröße: Kleine Serien großer, hochwertiger Teile, dazu Reparatur und Richten
Werkzeug- und Maschinenkosten: Keine Gesenke; Laserzellen kosten Millionen Dollar, daher wird die Arbeit oft als Dienstleistung eingekauft
Geschwindigkeit: Einige Schüsse pro Sekunde; eine große Platte kann Stunden brauchen

Stärken und Grenzen

Stärken

Kein Gesenk: Die Form ist ein Programm, leicht zu ändern
Funktioniert an dicken, steifen Platten und integral versteiften Platten
Hinterlässt eine schützende verdichtete Schicht, die Ermüdungsrissen widersteht
Kann verzogene Teile präzise richten

Grenzen

Sehr teure Laserausrüstung
Nur sanfte Krümmungen, keine tiefen Formen
Langsam bei großen Flächen
Braucht sorgfältige Modellierung und Messung, um die Form zu treffen

Wo es eingesetzt wird

FlugzeugeFlügelhautplatten mit sanften Mehrfachkrümmungen
RaumfahrtGekrümmte Platten für Trägerraketen und Tanks
SchiffbauUmformen und Richten großer Platten
Reparatur und EndbearbeitungRichten von Teilen, die durch Schweißen oder Bearbeiten verzogen wurden

So erkennen Sie es

Ein schwaches, regelmäßiges Gitter überlappender quadratischer oder runder Punkte auf einer Seite.
Sanft gekrümmte dicke Platten ohne Gesenk- oder Pressenspuren.
Oft eine matte, leicht genarbte Stelle auf einer sonst bearbeiteten Oberfläche.

Im Vergleich mit

Kugelstrahlen12.3dieselbe Idee der Druckspannung, aber mit einem Strom winziger Kugeln; das Strahl-Peen-Umformen biegt Platten auf dieselbe Weise.Inkrementelle Blechumformung4.6ebenfalls gesenklos und computergesteuert, aber ein Werkzeug drückt dünnes Blech physisch in tiefe Formen.Blechbiegen4.1scharfe, einfache Biegungen in einer Presse, statt sanfter Krümmungen aus tausenden Schüssen.

Ansehen

Curtiss-Wright Surface Technologies · Eine Animation eines Schusses: Wasserschicht, Plasma, Stoßwelle und Eigenspannung

LSP Technologies · Was das Verfahren ist und welche Teile es erzeugt

LSP Technologies · Eine Platte, die sich live krümmt, während der Laser darüber arbeitet

LSP Technologies · Dasselbe Werkzeug, genutzt, um ein verzogenes Teil zu richten

Echte Fotos ansehen

Wikipedia: Laserschockverfestigen — das Verfahren, seine Geschichte und ein Abschnitt zum Laserstrahl-Peen-Umformen
Fotosuche auf Wikimedia Commons

Merken

Jeder Laserschuss sperrt eine Druckspannung in eine kleine Stelle einer Seite ein.
Tausende Schüsse in einem Muster lassen die Platte sich krümmen, ganz ohne Gesenk.
Am besten für sanfte Krümmungen an dicken, wertvollen Luftfahrtplatten und zum Richten.