Ad-Proc-Add : Forschungsprojekt zu Wire and Arc Additive Manufacturing
Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) ist eine additive Fertigungstechnik, die einen elektrischen Lichtbogen als Fusionsquelle verwendet, um Fülldraht zu schmelzen und ein Bauteil Schicht für Schicht aufzubauen. WAAM ermöglicht die effiziente Herstellung mittlerer bis großer Metallteile, weist allerdings nach der Ablagerung eine geringe Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität auf, weshalb üblicherweise weitere subtraktive Nachbearbeitungen erforderlich sind.
- © Mechatronik-Cluster ecoplusIm Rahmen des internationalen "Ad-Proc-Add"-Projekts untersuchte ein belgisches Team der KU Leuven, der Thomas More University, des Belgian Welding Institute npo und von Sirris den Einfluss verschiedener Prozesse innerhalb der additive-subtraktive Fertigungsprozesskette (ASM) auf die Qualität des Endprodukts. Dabei wurden empirische Modelle für die Vorhersage der Perlengeometrie sowohl für den konventionellen Gas Metal Arc Welding (GMAW) Prozess als auch für den Cold Metal Transfer (CMT) Prozess erstellt.
Ein wichtiger Aspekt des Projekts war die Bestimmung des Materials, das für den Maschinenbauschritt bereitgestellt werden sollte, um die erforderliche Maß- und Formgenauigkeit des Teils zu erreichen. So wurde ermittelt, dass die WAAM-Prozessparameter erheblichen Einfluss auf die effektive Wandbreite, die Oberflächenqualität nach der Ablagerung und die minimale Menge an Material haben, die während des Nachbearbeitungsschritts entfernt werden muss.
Ein weiteres wichtiges Ergebnis betraf die Positionierung, Ausrichtung und die optimalen Schneidparameter der Teile für die Nachbearbeitung. Experimente zeigten, dass die WAAM-Prozessparameter, insbesondere die Geschwindigkeit, der Drahtvorschub und die Zwischenpass-Temperatur, erheblichen Einfluss auf die Charakteristik der abgelagerten Oberfläche und die Gesamtwandbreite haben, die den Fräsprozess beeinflussen.
Fortschritte zeigen enormes Potenzial
Ein großer Fortschritt wurde durch die Entwicklung von Mehrsensorplattformen erzielt, die separat für die AM- und die Nachbearbeitungsschritte eingesetzt wurden, um den Einflussunterschiedlicher Prozesse auf die Eigenschaften des Endteils zu untersuchen. Durch Überwachung von Strom, Spannung, Gasflussrate und Temperatur konnte die Stabilität des WAAM-Prozesses bewertet und so verschiedene Materialdefekte eliminiert und die Oberflächenleistung verbessert werden.
Die gewonnenen Erkenntnisse wurden auf verschiedene industrielle Fallstudienteile angewendet. Die Forschung zu GMAW-basiertem WAAM und zur ASM-Prozesskette ist nun Teil mehrerer Bildungskurse an der KU Leuven und Thomas More. Diese Fortschritte zeigen das enorme Potenzial der WAAM-Technologie und wie sie genutzt werden kann, um die Effizienz und Qualität in der additiven Fertigung zu verbessern.