Abbildung 1. Auflösung vs. Teilegröße für verschiedene Metall-AM-Prozesse. Basierend auf Figur von DigitalAlloys
Direkte Energiedeposition (DED)
Ein Vergleich mehrerer Metall-3D-Druckmethoden
Direct Energy Deposition (DED) ist eine Familie von Technologien der additiven Fertigung, bei der eine gerichtete Wärmequelle zum Schmelzen eines Ausgangsmaterials eingesetzt wird. Das DED-Verfahren für Metalle ermöglicht die additive Fertigung großer metallischer Bauteile mit einer wesentlich höheren Abscheiderate als andere AM-Technologien, wie z. B. die Pulverbettfusion (PBF). Im Allgemeinen zeichnen sich die mit dem DED-Verfahren hergestellten Bauteile im Vergleich zu PBF durch eine große Bauteilgröße und eine relativ geringe Auflösung bzw. Bauteilkomplexität aus. Eine schematische Klassifizierung des AM-Prozesses nach Auflösung und Bauteilgröße wird in Abbildung 1 vorgeschlagen.
Die additive Fertigungstechnologie, die bei RAMLAB, WAAM, eingesetzt wird, ist ein Mitglied der DED-Familie.
Gängige DED-Prozesse
Es sind über 18 verschiedene Metall-3D-Druckverfahren bekannt. Ampower Insights hat eine Übersicht und Klassifizierung der wichtigsten Verfahren mit den bekannten Anbietern erstellt, die Sie in Abbildung 2 finden. Die neueste Version des Modells kann unter folgender Website heruntergeladen werden: AMPower-Website.
Bei DED-Technologien wird das Ausgangsmaterial (in Form von Draht oder Pulver) durch eine schmale Düse geleitet und von einer Wärmequelle geschmolzen. Je nach Verfahren kann die Wärmequelle ein Lichtbogen, ein Laser- oder Elektronenstrahl oder ein Plasma sein. Die gebräuchlichsten DED-Prozesse sind Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), Laser Metal Deposition (LMD), Wire Laser Additive Manufacturing (WLAM) und Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM). In Abbildung 2 werden die verschiedenen Konfigurationen dargestellt.
Die gängigsten DED-Verfahren sind in Abbildung 3 dargestellt. Die DED-Verfahren unterscheiden sich in der Art der Wärmequelle und des Ausgangsmaterials. Beispiele für Wärmequellen, die bei DED-Verfahren eingesetzt werden, sind Lichtbogen, Plasmalichtbogen, Elektronenstrahl und Laserstrahl. Das Ausgangsmaterial kann in Form von Draht oder Pulver vorliegen. Die von RAMLAB verwendete DED-Technologie ist WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing).
Abbildung 2: Überblick über die wichtigsten Verfahren mit den bekannten Anbietern, mit Erlaubnis von AMPower
LMD
Laser-Metallauftragschweißen. Erfahren Sie mehr
WAAM
Additive Fertigung mit Drahtlichtbogen. Erfahren Sie mehr
EBAM
Additive Fertigung mit Elektronenstrahl. Erfahren Sie mehr
WLAM
Additive Drahtlaserfertigung. Erfahren Sie mehr
Abbildung 3. Die gängigsten DED-Prozesse auf dem Markt
Vorteile von WAAM
Die wichtigsten Vorteile des WAAM-Verfahrens gegenüber anderen AM-Technologien sind:
- hohe Produktionsrate bis zu 5 kg/h;
- Großes Bauvolumen (>1x1x1 m);
- mechanische Eigenschaften übertreffen Gussmaterial und konkurrieren mit geschmiedetem Material;
- niedrige Kosten des Drahtrohmaterials;
Durch die Einführung eines WAAM-Systems hat RAMLAB Zugang zu einer größeren Materialverfügbarkeit, höheren Produktionsraten, höherer Flexibilität und niedrigeren Maschinenkosten im Vergleich zu anderen DED-Technologien (wie in Abbildung 4 sichtbar).
Abbildung 4. Vergleich der Stärken und Schwächen verschiedener Metall-AM-Prozesse. Basierend auf der Einschätzung von Stewart Williams.
Nachbearbeitung von DED
Das Ergebnis des WAAM-Verfahrens sind Bauteile mit einem nahezu netzförmigen Design, die auf ihre Netzform bearbeitet werden müssen. Im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsverfahren (Abbildung 5) weist WAAM eine geringere Auflösung und eine höhere Oberflächenrauheit (~1 mm) auf und erfordert daher einen Bearbeitungsprozess. Durch die Herstellung von Bauteilen in einer Near-Net-Shape-Form kann eine relativ schnelle Lieferung garantiert werden.
Abbildung 5. Vergleich von WAAM (Wire DED) mit anderen traditionellen Verfahren. Mit Erlaubnis von DigitalAlloys
