WAAM im Vergleich zu Pulververfahren

Fronius bietet Schweißprozess für WAAM

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Mit Cold Metal Transfer bietet die Österreichische Fronius International GmbH einen Schweißprozess an, der sich gut für das sogenannte Wire Arc Additive Manufacturing eignet. Dieses lichtbogenbasierte generative Fertigungsverfahren bietet gegenüber dem Pulververfahren einige Vorteile.

Inhaltsverzeichnis

1. Wire Arc Additive Manufacturing im Vergleich zu Pulververfahren
2. Cold Metal Transfer von Fronius

Es gibt verschiedene generative Fertigungsverfahren für Metall. Grundlegend unterschieden wird zwischen pulverbasierten und drahtbasierten Prozessen:

  • Beim Pulververfahren wird Metallpulver aufgeschmolzen. Die gängigsten Variante, das Pulverbettverfahren, zeichnet sich durch hohe Präzision aus, ist aber langsam in der Produktion.
  • Drahtbasierte Prozesse hingegen schmelzen einen Zusatzwerkstoff in Form von Draht ab und bauen so das Bauteil auf. Hierfür werden Laser, Elektronenstrahl oder Lichtbogen verwendet. Diese Verfahren weisen hohe Abschmelzleistungen auf und tragen so zu kurzen Fertigungszeiten bei.

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) gehört zu den drahtbasierten Verfahren und nutzt den Metall-Schutzgas-Schweißprozess (MSG). WAAM zeichnet sich durch vielfältige Vorteile aus:

Es erzielt hohe Abschmelzleistungen – bisher bei Stahlwerkstoffen bis zu 4 kg in der Stunde. Mehrdrahtlösungen könnten in Zukunft noch höhere Abschmelzraten möglich machen. Auch die Anlagen- und Materialkosten sind wichtige Kriterien: WAAM setzt lediglich ein geeignetes Schweißsystem voraus. Teure Spezial-Anlagen wie etwa Vakuumkammern, die beim schnelleren Elektronenstrahl-Verfahren zum Einsatz kommen, fallen weg.

Wire Arc Additive Manufacturing im Vergleich zu Pulververfahren

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. Im Vergleich zu pulverbasierten Verfahren sind beim WAAM unterschiedliche bereits zertifizierte Drähte leichter verfügbar.

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.

Cold Metal Transfer von Fronius

Der MSG-Prozess Cold Metal Transfer (CMT) von Fronius sowie dessen Prozessregelvarianten erfüllen diese Ansprüche. Sie verfügen über einen stabilen Lichtbogen und einen kontrollierten Kurzschluss mit langen Kurzschlusszeiten. Dadurch ist der Wärmeeintrag geringer und der Werkstoffübergang ist annähernd spritzerfrei. Das hilft, Fehler zu vermeiden.

Zwei Prozessregelvarianten von CMT eignen sich gut:

  • Variante CMT Additive: Sie erzielt gute Abschmelzleistungen und bringt noch weniger Wärme ins Bauteil ein. Diese Variante findet Anwendung in der Flugzeugindustrie: 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 % 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. Ein mit CMT additive gefertigte Titan-Bauteil weist keine Bindefehler auf, und auch die metallurgischen Eigenschaften überzeugen.
  • Variante CMT Cycle Step: Sie 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. Diese Variante wird zum Beispiel bei Lüfterrädern verwendet, wie sie in der Elektroindustrie eingesetzt werden. Diese bestehen aus hochwertigen Materialen. Sie zu fräsen wäre wegen des hohen Materialverbrauchs zu kostspielig und ihr Guss aufgrund der geringen Wandstärke von 1,5 mm zu 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. eve

Kontakt:

Fronius International GmbH
Business Unit Perfect Welding
Froniusplatz 1
A-4600 Wels
Telefon: +43 7242 241 0
Fax: +43 7242 241 953940
sales@fronius.com
www.fronius.com

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