Praxis-Check 3D-Druck mit der Direktsaat GmbH: Verschleißschutz für landwirtschaftliche Werkzeuge per Laserauftragschweißen
Das Unternehmen
| Name: | Direktsaat GmbH |
| Branche: | Agrar 4.0 |
| Mitarbeitende: | 1 – 20 |
| Standort: | 37186 Moringen |
Die Direktsaat GmbH aus Moringen bewirtschaftet eigenes Ackerland mit sogenannter konservierender Bodenbearbeitung und bietet dies auch als Lohnauftrag anderen Landwirtschaftsbetrieben an. Bei dieser Art der Bodenbearbeitung pflügen die Landmaschinen den Acker nicht tief, sondern bearbeitet ihn nur oberflächlich. Zinken werden durch den unbearbeiteten Boden gezogen, bevor sogenannte Schare, die Bearbeitungswerkzeuge aus Metall, den Boden aus wenigen Zentimetern Tiefe anheben und lockern. Gleichzeitig bringt die Maschine Dünger und Saatgut in den Boden aus. Neben der Bodenbearbeitung entwickelt der Betrieb auch Maschinen und Werkzeuge weiter.
Die Idee
Die Metallwerkzeuge für die Bodenbearbeitung leiden unter extremem Verschleiß. Sand und Kiesel tragen das Material schnell ab. Besonders die Gänsefußschare werden dadurch stumpf und verlieren ihre Funktion. Nach nur ca. 30 Hektar bearbeitetem Acker müssen sie oft schon entsorgt werden. Zwar gibt es bereits Lösungen wie aufgelötete Hartmetallplättchen, die die Standzeit um das Fünf- bis Zehnfache erhöhen; diese kosten aber etwa 95 Euro pro Schar für die Bestückung und Bearbeitung.
Im Praxis-Check 3D-Druck sollte eine dünne Schicht aus besonders verschleißbeständigem Material auf handelsübliche Schare aufgetragen werden. Das Ziel: kostengünstiger Verschleißschutz durch Additive Fertigung.
Die Umsetzung
Für die Beschichtung ebener oder gekrümmter Metallteile eignet sich das Laserauftragschweißen (Directed Energy Deposition / DED-Verfahren). Bei dem Verfahren schmilzt ein Laserstrahl das Grundmaterial auf und bringt gleichzeitig Metallpulver in die Schmelze ein. Als Material wählten die Expert:innen von Niedersachsen ADDITIV die Legierung Metco 51060A: Sie besteht aus 60 Prozent harte Wolframcarbiden für Verschleißfestigkeit und 40 Prozent nickelbasierter Matrix für Korrosionsschutz.
Die größte Herausforderung für das Team lag in der Bahnplanung: Wegen der gekrümmten Scharkante mussten die Experten die Form exakt einmessen und Koordinaten berechnen.
Der nahezu koaxiale Blick durch die Auftragschweißdüse auf das Werkstück und die entstehende Schweißbahn.
Das Team testete zwei Beschichtungsstrategien: Auf der rechten Seite des Schares verliefen die aufgetragenen Bahnen parallel zur Schneidkante, auf der linken Seite quer dazu. Die Strategie, das Material quer zur Schneidkante aufzutragen, erwies sich als praktikabler, da sie beim DED-Prozess eine Wärmefront entlang der Kante erzeugte und starke Temperaturunterschiede vermied.
Einen Eindruck vom Laserauftragschweißprozess bekommen Sie im Video.
Ergebnisse
Die quer beschichteten Schare bewährten sich im Praxistest. Nach 30 Hektar Bodenbearbeitung mit einer Claydon Drillmaschine war noch kein ausgeprägter Verschleiß der Kanten sichtbar. Bei der Beschichtung parallel zur Fahrtrichtung bildete sich durch den Verschleiß des weicheren Grundmaterials eine sägezahnähnliche Kante aus.
Das Laserauftragschweißen kann eine kostengünstigere Alternative zu teureren aufgelöteten Hartmetallplättchen bieten. Für eine wirtschaftliche Serienfertigung ist es allerdings nötig, dass die Abläufe automatisiert sind. Die Bahnplanung und Definition der Referenzpunkte dauerte im Praxis-Check 3D-Druck deutlich länger als der eigentliche Schweißprozess. Eine automatisierte Messroutine oder ein 3D-Scan mit softwaregestützter Bahnplanung kann hier Abhilfe schaffen.
Die Direktsaat GmbH möchte nun die verschiedenen Beschichtungsstrategien nach weiteren Praxiseinsätzen genauer bewerten und das Verfahren für die Serienfertigung optimieren.
