Fachbeitrag
© Fronius International GmbH
18.12.2019

Wirtschaftlicher 3D-Druck für Metall

Im Vergleich zu pulverbasierten Verfahren punktet WAAM außerdem mit der einfachen Verfügbarkeit unterschiedlicher bereits zertifizierter Drähte. Bei Pulvern ist die Materialauswahl noch gering, da entsprechende Zertifizierungen und die Erstellung von Datenblättern oft Jahre dauern und die Nutzung von Metallpulver noch relativ neu ist.

„Kalter“ Schweißprozess für stabilen Lagenaufbau

Für die Bauteilfertigung mit WAAM sind die Stabilität des verwendeten Schweißprozesses und die Wärmeableitung entscheidend. Der Schweißprozess muss so energiearm, also so „kalt“ wie möglich sein, damit die unteren Schichten nicht erneut aufschmelzen. Außerdem muss die geschweißte Lage durchgängig, spritzerfrei und gleichmäßig sein. Käme es zu einem Fehler, würde sich dieser in den Lagen darüber fortsetzen.

Der MSG-Prozess CMT von Fronius sowie dessen Prozessregelvarianten erfüllen diese Ansprüche. Sie zeichnen sich durch einen stabilen Lichtbogen und einen kontrollierten Kurzschluss mit langen Kurzschlusszeiten aus. Dadurch ist der Wärmeeintrag geringer und der Werkstoffübergang ist annähernd spritzerfrei. Das hilft, Fehler zu vermeiden.

Zwei Prozessregelvarianten von CMT eignen sich besonders gut. Dies ist zum einen die für WAAM optimierte Prozess-Charakteristik CMT additive. Sie erzielt gute Abschmelzleistungen und bringt noch weniger Wärme ins Bauteil ein. Die Variante CMT Cycle Step reduziert die Lichtbogenleistung nochmals durch gezieltes Abschalten in der Prozessphase. Der besonders „kalte“ Prozess benötigt jedoch mehr Zeit für den Lagenaufbau, da die Abschmelzrate geringer ist.

WAAM-Anwendungen in der Praxis

Zahlreiche WAAM-Bauteile wurden bereits in unterschiedlichen Industriezweigen mit Fronius-Schweißtechnik hergestellt: Lüfterräder etwa, wie sie in der Elektroindustrie eingesetzt werden, bestehen aus hochwertigen Materialien. Das Werkstück zu fräsen ist wegen des hohen Materialverbrauchs kostspielig und ein Guss bei dünnen Wandstärken von etwa 1,5 Millimetern meist kritisch. Mit WAAM auf Basis von CMT Cycle Step konnten solche Lüfterradschaufeln aus Nickelbasis-Legierung additiv erzeugt werden. Auch die Reparatur der Bauteile ist mit WAAM möglich.

Ausschlaggebend für die Qualität des mit WAAM erzeugten Bauteils sind die Stabilität des Schweißprozesses und ein geringer Wärmeeintrag – der Cold Metal Transfer MSG-Prozess von Fronius erfüllt diese Anforderungen. - © Fronius International GmbH
Ausschlaggebend für die Qualität des mit WAAM erzeugten Bauteils sind die Stabilität des Schweißprozesses und ein geringer Wärmeeintrag – der Cold Metal Transfer MSG-Prozess von Fronius erfüllt diese Anforderungen. © Fronius International GmbH

Eine weitere Anwendung hat Fronius mit einem Partner in der Flugzeugindustrie umgesetzt: Das dort häufig eingesetzte Titan zeichnet sich durch Zugfestigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und geringes Gewicht aus. Ein Großteil der Bauteile wird subtraktiv gefertigt, wobei bis zu 90 Prozent des Materials abgefräst werden. Das verursacht hohe Kosten, lange Bearbeitungszeiten und teuren Werkzeugverschleiß. Mit WAAM hergestellte Bauteile müssen im Gegensatz dazu nur noch nachbearbeitet werden, um glatte Oberflächen zu erhalten. Das mit CMT additive gefertigte Titan-Bauteil weist keine Bindefehler auf, und auch die metallurgischen Eigenschaften überzeugen. So lassen sich Werkzeugkosten, Bearbeitungszeit und Verschleiß reduzieren und die gesamten Bearbeitungskosten minimieren.

WAAM: wirtschaftlich und vielfältig

WAAM stellt also eine wirtschaftliche und vielfältig anwendbare Alternative in der Fertigung dar. Mit Fronius-Schweißtechnik kann das additive Verfahren aufgrund der CMT-Technologie einwandfrei umgesetzt werden.

(Quelle: Presseinformation der Fronius International GmbH)

Schlagworte

3D-DruckAdditive FertigungMetall-SchutzgasschweißenMSG-SchweißenWAAMWire Arc Additive Manufacturing

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