Erklärungen zur additiven Fertigung mit Drahtbögen (WAAM)

Willkommen in der Welt des Wire Arc Additive Manufacturing, kurz WAAM. Diese 3D-Drucktechnologie setzt sich in der Fertigung immer mehr durch, und das aus gutem Grund. Das Verfahren ist schnell, genau und in der Lage, große Objekte präzise herzustellen.

WAAM ist ein Verfahren der direkten Energieabscheidung (DED), bei dem ein elektrischer Lichtbogen zum Schmelzen von Metalldraht verwendet wird, der dann in Schichten aufgetragen wird, um komplexe Strukturen effizient zu erzeugen.

Wie groß, fragen Sie? Diese Technologie schafft alles, von riesigen Kranhaken bis zu ganze Brücken in Amsterdam. WAAM ist jedoch auch in einem viel kleineren Rahmen hilfreich.

Dieser Artikel befasst sich mit dem WAAM-Verfahren, einschließlich der beteiligten Materialien und Schritte. Sie lernen die Vor- und Nachteile von WAAM und seine Anwendungen in verschiedenen Branchen kennen. Ein entscheidender Abschnitt beleuchtet, wann Wire Arc Additive Manufacturing im Vergleich zu WAAM eingesetzt werden sollte. Laser-Pulverbett-Fusion für Ihr additives Fertigungsprojekt.

Das Verfahren der additiven Fertigung mit Lichtbogen ähnelt dem traditionellen Schweißen, bei dem der Metalldraht geschmolzen und dem Grundmaterial hinzugefügt wird, um eine Verbindung herzustellen.

WAAM hingegen ist automatisiert und wird von einem Computerprogramm gesteuert und von einem Roboterarm ausgeführt, um komplexe Geometrien zu erstellen. Bei dieser Fertigungstechnologie wird ein Metalldraht mit Hilfe eines Lichtbogens geschmolzen, der dann Schicht für Schicht zu einem 3D-Objekt aufgetragen wird. Ein entscheidendes Material in diesem Prozess ist das Drahtvormaterial, das geschmolzen und Schicht für Schicht zur Herstellung von Teilen aufgetragen wird. Die Optimierung des Drahtvormaterials für verschiedene Materialien ist entscheidend für eine zuverlässige Fertigung und die Verbesserung der Produktionsprozesse in der additiven Fertigung.

Die in WAAM verwendeten Materialien hängen von der Anwendung und den für das endgültige Objekt erforderlichen Eigenschaften ab. Einige der üblicherweise verwendeten Materialien sind:

Variationen in der Kornstruktur, die sich aus unterschiedlichen Wärmeeinträgen ergeben, können die Materialeigenschaften der abgeschiedenen Teile erheblich beeinflussen, einschließlich Aspekten wie Korngröße, Porosität und allgemeine mechanische Festigkeit.

Stahl: Stahl ist aufgrund seiner Festigkeit und Haltbarkeit eine beliebte Wahl für WAAM. Er wird häufig in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie zur Herstellung von Strukturbauteilen verwendet.

Titan: Titan ist ein leichtes, vitales und korrosionsbeständiges Metall, das häufig in der Luft- und Raumfahrt sowie in der biomedizinischen Industrie verwendet wird.

Aluminium: Aluminium ist ein leichter und robuster Werkstoff für die Herstellung von Bauteilen, die eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit erfordern.

Kupfer: Kupfer wird in der Elektro- und Elektronikindustrie zur Herstellung von Teilen verwendet, die eine gute elektrische Leitfähigkeit erfordern.

Neben diesen Metallen kann WAAM auch Metalllegierungen und Verbundwerkstoffe - wie z. B. Nickellegierungen - verwenden, die einzigartige Eigenschaften wie ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und Korrosionsbeständigkeit bieten können.

WAAM hat verschiedene Anwendungen in unterschiedlichen Branchen.

Luft- und Raumfahrt: WAAM ist in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet zur Herstellung von Strukturbauteilen wie Tragflächen, Rumpfsektionen und Triebwerksteilen. Sie kann große, komplexe Komponenten mit hoher Präzision herstellen, wodurch sich der Bedarf an Montage- und Schweißarbeiten verringert. WAAM kann auch Flugzeugkomponenten reparieren und überholen, was Zeit und Kosten spart. Darüber hinaus kann WAAM die Zeit bis zur Marktreife von Luft- und Raumfahrtanwendungen erheblich verkürzen und so zur Reduzierung der Vorlaufzeiten beitragen.

Automobilindustrie: WAAM wird in der Automobilindustrie zur Herstellung von Motorteilen, Auspuffanlagen und anderen Komponenten verwendet, die eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit erfordern. BMW glaubt an diese Technologie, in eine WAAM-Maschine investiert zu haben für seinen Additive Manufacturing Campus in München.

Energie: WAAM hat durch die Herstellung von Ersatzteilen für Ölraffinerien dazu beigetragen, Probleme in der Lieferkette zu vermeiden. Die Technologie kann auch Komponenten für Windkraftanlagen herstellen.

Art: Da WAAM massive Teile herstellen kann, haben viele Künstler diese Technologie für auffällige Installationen.

Automobilindustrie: WAAM wird in der Automobilindustrie zur Herstellung von Motorteilen, Auspuffanlagen und anderen Komponenten verwendet, die eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit erfordern. BMW kürzlich investiert in einer WAAM-Maschine.

Andere Branchen: Auch die Energie-, Verteidigungs- und Bauindustrie nutzt WAAM für verschiedene Anwendungen, z. B. für Schiffe. Vor kurzem hat die US-Marine in die Technologie investiert um Komponenten für seine U-Boote herzustellen.

4 Schritte zum Erstellen von Teilen

Der WAAM-Prozess umfasst mehrere Schritte, die wie folgt aussehen:

1. Entwurf:

Der erste Schritt im WAAM-Prozess ist die Konstruktion des 3D-Objekts. Das Objekt wird mit einer CAD-Software entworfen, die ein digitales Teilemodell erzeugt. Das digitale Modell wird dann in ein maschinenlesbares Format für das WAAM-System umgewandelt. Das Teil wird in mehrere Schichten zerlegt, und es wird ein Werkzeugweg für den Roboterarm erstellt.

Wenn Sie die MakerVerse Plattform nutzen, ist dies der einzige Schritt, um den Sie sich kümmern müssen - wir kümmern uns um den Rest mit unserer vollständig überprüften Lieferkette, um sicherzustellen, dass die Qualität Ihres Teils.

2. Vorbereitung:

Als nächstes werden das Grundmaterial und der Draht vorbereitet. Das Grundmaterial wird gereinigt und für das Schweißen vorbereitet, und der Draht wird in das Drahtvorschubsystem geladen. Der Schweißbrenner ist ebenfalls bereit, während der Roboter oder die CNC-Maschine so programmiert wird, dass sie dem vorgegebenen Weg folgt.

3. Drucken:

Jetzt kann die Produktion beginnen. Der Schweißbrenner wird entlang der vorgegebenen Bahn bewegt, und ein elektrischer Lichtbogen schmilzt den Draht, um ihn mit dem Grundmaterial zu verschmelzen. Der Vorgang wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das endgültige Objekt fertig ist.

4. Nachbearbeitung:

Wir sind noch nicht fertig. Das Objekt wird aus dem WAAM-System entnommen und durchläuft verschiedene Nachbearbeitungsschritte, wie Reinigung, Wärmebehandlung und Endbearbeitung. Die Nachbearbeitungsschritte hängen von der Anwendung und den gewünschten Eigenschaften des endgültigen Objekts ab.

Es ist wichtig, Eigenspannungen und Oberflächenrauhigkeit durch verschiedene WAAM-Prozesse, wie z. B. Spannungsentlastungsbehandlungen und Oberflächenveredelung, zu beseitigen, um die Leistung und Lebensdauer der mit WAAM hergestellten Teile zu verbessern.

Vorteile und Nachteile von WAAM 

WAAM bietet mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren, darunter:

1. Kostengünstig:

WAAM ist eine kostengünstige Methode zur Herstellung großer, komplexer Objekte. WAAM kann die Material- und Arbeitskosten sowie den Bedarf an Montage und manuellem Schweißen reduzieren.

2. Zeitersparnis:

WAAM kann Zeit im Produktionsprozess sparen, indem es komplexe Objekte in einem einzigen Schritt herstellt. Außerdem kann es den Zeitaufwand für die Nachbearbeitung verringern, da es Objekte mit netzähnlichen Formen erstellen kann.

3. Anpassbar:

WAAM kann exakte, maßgeschneiderte Objekte mit spezifischen Eigenschaften wie Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und elektrische Leitfähigkeit herstellen.

4. Umweltfreundlich:

WAAM kann Abfall und Energieverbrauch reduzieren. WAAM kann auch recycelte Materialien verwenden, was die Umweltauswirkungen der Herstellung verringern kann.

Trotz der Vorteile gibt es auch einige Nachteile:

1. Die Genauigkeit:

Große Toleranzen und die Notwendigkeit einer Endbearbeitung, um funktionale Oberflächen zu erhalten

2. Begrenzte Materialoptionen:

WAAM kann nur Materialien verwenden, die mit dem Schweißverfahren kompatibel sind, was eine Einschränkung darstellen kann.

3. Oberflächenrauhigkeit:

Die Teile haben eine raue Oberfläche, die zusätzliche Nachbearbeitungsschritte wie Polieren und Schleifen erfordern kann.

4. Qualifikationsanforderungen:

WAAM erfordert qualifizierte Bediener, die im Schweißen und Programmieren geschult sind. Der Prozess ist komplex und erfordert ein hohes Maß an Fachwissen, um die Qualität und Genauigkeit des endgültigen Objekts zu gewährleisten. Glücklicherweise hat MakerVerse das Fachwissen, um die industrielle Qualität Ihres Teils zu gewährleisten.

WAAM vs. Laser Powder Bed Fusion

Die am weitesten verbreitete Technologie der additiven Fertigung von Metallen ist Laser-Pulverbett-Fusion. Bei dieser Technologie wird eine Inertgasatmosphäre und ein Laser verwendet, dessen Wärmeenergie das in einem Pulverbett gelagerte Metallpulver schmilzt. Da dies wiederholt Schicht für Schicht geschieht, wird das Material verschmolzen.

Es gibt einige klare Fälle, in denen die eine Technologie der anderen vorzuziehen ist:

Übergroße Teile: WAAM

WAAM ist in der Lage, riesige Teile zu fertigen. Wir haben bereits erwähnt, wie eine ganze Brücke mit dieser Technologie hergestellt wurde. Durch MakerVerse, LPBF Teile von bis zu 65 cm sind möglich. Während dies für viele Anwendungen ausreicht, ist WAAM die Technologie der Wahl für größere Teile.

Präzision und Genauigkeit: LPBF

WAAM kann vielleicht größer sein, aber LPBF ist in der Lage, eine höhere Präzision und Genauigkeit zu erreichen. Je nach Material ist eine Genauigkeit von +/- 0,3 mm bei einer Mindestwandstärke von 0,8 mm möglich. Die Wandstärke des mWAAM von WAAM beträgt 4 mm mit einer Auflösung von 1 mm.

Kosten: WAAM (in der Regel)

Die Kosten hängen von der Anwendung und den Produktionsanforderungen ab. WAAM kann jedoch billiger sein, weil es mit hohen Abscheideraten drucken kann. Für Teile, die höchste Präzision und Genauigkeit erfordern, kann LPBF kostengünstiger sein. In jedem Fall ist es wichtig, die Vor- und Nachteile der einzelnen Verfahren sorgfältig abzuwägen und zu entscheiden, welches für das jeweilige Projekt am besten geeignet ist.

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ist eine kostengünstige Methode zur Herstellung großer, komplexer Objekte. Es kann auch kundenspezifische Objekte mit angemessener Präzision und Genauigkeit herstellen, was es zu einer wertvollen Methode für verschiedene Anwendungen macht.

Diese Technologie eröffnet neue Möglichkeiten für die Herstellung großer, komplexer Objekte. Wir gehen davon aus, dass sich die Technologie weiterentwickeln und noch mehr Verbreitung finden wird.