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Eine Einführung in die additive Fertigung mit Drahtlichtbogen

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ist ein Produktionsprozess zum 3D-Drucken oder Reparieren von Metallteilen. Es gehört zur Familie der additiven Fertigungsverfahren Direct Energy Deposition (DED). Bei WAAM werden Metallschichten übereinander aufgetragen, bis die gewünschte 3D-Form entsteht. Es handelt sich um eine Kombination aus zwei Produktionsverfahren: dem Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW) und der additiven Fertigung. GMAW ist ein Schweißverfahren zum Verbinden von Metallteilen mithilfe eines Lichtbogens, und additive Fertigung ist der Fachbegriff für 3D-Druck. Die Herstellung von Teilen mittels WAAM erfolgt durch einen Schweißroboter mit integrierter Stromquelle. Mit einem am Roboter befestigten Schweißbrenner wird das Drahtmaterial geschmolzen, um 3D-Teile herzustellen.

RAMLAB ded_Dark Wire Arc Additive Manufacturing

Vorteile von WAAM

Im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsverfahren wie Metallgießen und -schmieden gibt es WAAM und andere additive Fertigungsverfahren erst seit relativ kurzer Zeit. WAAM übertrifft herkömmliche Herstellungsverfahren und andere DED-Techniken in vielerlei Hinsicht. Die Vorteile werden in den folgenden Punkten näher erläutert:

Große Größe
Die maximal druckbare Größe hängt in erster Linie von der Reichweite des verwendeten Schweißroboters ab. WAAM bietet die Möglichkeit, Teile mit Abmessungen über einem Kubikmeter herzustellen. Durch den Einsatz von Roboterbahnen und Schweißmanipulatoren können die maximal druckbaren Abmessungen vergrößert werden.
Zusätzliche Gestaltungsfreiheit
WAAM und andere additive Fertigungsmethoden ermöglichen die Herstellung relativ komplexer Formen. Dies bedeutet auch, dass die topologische Optimierung und die Herstellung generativ gestalteter Teile leichter zugänglich werden.
Niedrige Anlaufkosten
Im Vergleich zu anderen DED-Systemen wie dem direkten Metalllasersintern oder der additiven Elektronenstrahlfertigung bietet WAAM relativ geringere Kosten. Darüber hinaus bietet WAAM im Vergleich zu anderen AM-Techniken eine höhere Abscheidungsrate, was ebenfalls zur Kosteneffizienz des Prozesses beiträgt.
Große Materialverfügbarkeit
WAAM verwendet einen verbrauchbaren Draht als Ausgangsmaterial. Je nach Anwendung ist eine Vielzahl von Legierungen in Drahtform erhältlich. Dies bietet eine breite Palette von Materialien und mechanischen Eigenschaften für die Konstruktion und Herstellung eines Werkstücks.
Hybride Fertigung
WAAM kann in Kombination mit anderen Produktionsmethoden verwendet werden, um traditionell hergestellten Werkstücken spezifische Merkmale hinzuzufügen.
Kombinierte Materialien
WAAM bietet die Möglichkeit, funktional abgestufte Komponenten zu entwerfen, wobei mehrere Materialien kombiniert werden können, um ein Werkstück zu entwerfen, wie beispielsweise eine Kobaltlegierung Stellit 6 und Ferrolegierung AISI 316L.
Abfallreduzierung
Material wird nur dort deponiert, wo es benötigt wird, was zu einer Abfallreduzierung von 50% führen kann. Dies gilt insbesondere für Werkstücke, die herkömmlich aus massiven Blöcken gefräst werden und/oder Werkstücke, die aus teuren Materialien hergestellt werden wie zum Beispiel Titan. Topologische Optimierung kann die Effizienz beim Materialeinsatz maximieren.
Mechanische Eigenschaften
WAAM kann die mechanischen Eigenschaften herkömmlicher Herstellungsverfahren wie Gießen und Schmieden übertreffen. Erfahren Sie mehr über die mechanischen Eigenschaften von WAAM-Teilen in der Materialbibliothek.

WAAM für die Reparatur von Metallteilen

Eine weitere Anwendung von WAAM ist die Reparatur von Metallteilen, die im Betrieb einem Verschleiß unterliegen, wie z. B. Schienen, Rotoren und Matrizen. Die Aufgabe, diese manuell zu reparieren, ist eine mühsame, arbeitsintensive Aufgabe, die mit dem richtigen Maß an Überwachung und Kontrolle automatisiert werden kann. Sehen Sie sich MaxQ Cobot an, um mehr über den Einsatz von WAAM bei der Reparatur von Metallteilen zu erfahren.

WAAM Materials Titanium Ti6Al4V Additive manufacturing

Nachbearbeitung

Die meisten WAAM-Prozesse erfordern irgendeine Form der Nachbearbeitung. Dies ist ein notwendiger Schritt, um die Nebenwirkungen von WAAM zu bewältigen: Eigenspannungen und die Oberflächenrauheit.

Um die Eigenspannungen im Werkstück zu reduzieren, wird nach dem Drucken eine Entspannungsbehandlung durchgeführt. Diese Behandlung wird bei erhöhter Temperatur durchgeführt, um das Risiko eines vorzeitigen Ausfalls zu verringern und die Leistung und Lebensdauer des Werkstücks zu erhöhen. In einigen Fällen werden spezielle Wärmebehandlungen angewendet, um die Materialeigenschaften anzupassen.

Die Oberflächenveredelung ist der zweitwichtigste Nachbearbeitungsschritt in WAAM. Jedes WAAM-Teil ist in Schichten aufgebaut, was an der Oberfläche sichtbar ist. Um die Ermüdungslebensdauer, das Zugverhalten und die Korrosionsbeständigkeit zu optimieren, ist es wichtig, ein Endbearbeitungsverfahren wie Fräsen oder Schleifen anzuwenden.

WAAM-Systeme

MaxQ für WAAM
RAMLAB verwendet ein Valk-Schweißsystem mit MaxQ, um WAAM-Aktivitäten durchzuführen. Diese Systeme bestehen aus einem Roboterarm und Peripheriegeräten wie Schutzgas, Schienen, Manipulatoren und Toren. Erfahren Sie mehr über unser System für WAAM.

MaxQ zur Reparatur
Für die Reparatur von Metallteilen hat RAMLAB MaxQ Cobot entwickelt. MaxQ Cobot kombiniert das Überwachungs- und Steuerungssystem MaxQ von RAMLAB mit einem kollaborativen Techman-Roboter und einer Miller-Schweißquelle. Die Teile werden mit Hilfe von automatischem 3D-Scannen und Werkzeugwegplanung, Interpass-Temperaturkontrolle sowie Spannungs- und Stromüberwachung mit hoher Qualität wieder in ihre ursprüngliche Form geschweißt. Erfahren Sie mehr über unser Reparatursystem.

Im Laufe der Jahre wurden mehrere Anpassungen und Ergänzungen an den Schweißsystemen vorgenommen, um die Stabilität des Schweißprozesses zu erhöhen und den Herausforderungen, die WAAM mit sich bringt, gerecht zu werden. Beispiele für diese Herausforderungen sind die Temperatur- und Wärmezufuhrkontrolle, Geometrieunterschiede, Arbeitsabläufe und Automatisierung. Die Lösungen für diese Herausforderungen sind in MaxQ gebündelt: dem von RAMLAB entwickelten Überwachungs- und Steuerungssystem. Besuchen Sie die MaxQ-Seite, um mehr über die Funktionen von MaxQ zu erfahren.

WAAM-Lösungen von RAMLAB

Wählen Sie eine der RAMLAB-Lösungen aus, um zu sehen, wie Werkstücke mit WAAM 3D-gedruckt oder vollautomatisch repariert werden.

MAxQ Repair

Metallteile vollautomatisch reparieren

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MAxQ 3D Print

Stellen Sie mit WAAM hochwertige zertifizierte Teile her

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Repair WAAM DED welding path planning robot machine

Software

Bei RAMLAB werden zur Erstellung von CAD- und CAM-Dateien die Autodesk-Softwareprodukte PowerShape und PowerMill eingesetzt. PowerShape wird für die (Neu-)Gestaltung von Komponenten für WAAM verwendet. PowerMill wird zur Werkzeugwegplanung und -simulation verwendet. Der mit PowerMill erstellte Werkzeugweg kann über einen Webbrowser direkt in die MaxQ-App hochgeladen werden, von wo aus die Produktion gestartet wird.

Werkstoffe

Theoretisch kann jedes Material, das geschweißt werden kann, auch für WAAM verwendet werden. In der Praxis erfordert jedoch jedes neue Material Tests und eine Optimierung des Drahtmaterials, um Teile zuverlässig herstellen zu können. Um die Qualität des WAAM-Prozesses und der WAAM-Materialien zu verbessern, arbeitet RAMLAB mit Partnern zusammen. Eine Vielzahl von Materialien wurde bereits getestet und in der Produktion eingesetzt. Eine Auswahl dieser Materialien und ihrer mechanischen Eigenschaften finden Sie in der Materialbibliothek.

Anwendungen

3D-Druck und Reparatur mit WAAM können in einer Reihe von Bereichen eingesetzt werden, von der Schifffahrt über die Luft- und Raumfahrtindustrie, die chemische Industrie, Energie, Automobilindustrie, Hightech bis hin zu Öl und Gas. WAAM übertrifft andere Produktionsmethoden insbesondere dann, wenn Materialeinsparungen, erhöhte Materialleistung, kürzere Durchlaufzeiten und die Herstellung hochwertiger Materialien Schlüsselfaktoren für die Geschäftsszenarien sind.

In den letzten drei Jahren hat RAMLAB einen Teil seiner Bemühungen auf die Anwendung des WAAM-Prozesses auf die Reparatur und Aufarbeitung von Formen und Formen konzentriert. WAAM kann die Kosten für die Reparatur dieser Werkzeuge erheblich senken, indem es den Prozess automatisiert, den Service erhöht und gleichzeitig den menschlichen Kontakt mit Dämpfen reduziert.

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