14. HRW (GV)

• Produktionsprozess zum 3D-Drucken oder Reparieren von Metallteilen

• gehört zur Familie der additiven Fertigungsverfahren Direct Energy Deposition (DED)

• Industrie nutzt immer sträker WAAM im Produktionsprozess

==> ein additive Fertigungsverfahren, das Draht als Material verwendet und durch Lichtbogen-Schweißen Schichten aufbaut.

• WAAM steht für Wire Arc Additive Manufacturing

• die Digitalisierung dieses Prozesses zielt darauf ab, Effizienz und Präzision in der additiven Fertigung zu verbessern.

• Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW) mit der additiven Fertigung

• Metallschichten übereinander aufgetragen, um die gewünschte 3D-Form zu erzeugen

• Pulverbrett (Metall; Kunststoff/Gips)

• Extrusion (Metall/DED; Kunststoffe)

• Materialersparnis von bis zu 60%

• Energieersparnis von bis zu 34%

• geringe Gerätekosten

• ermöglicht die effektive Fertigung von Kleinserien

• WAAM

  • 3700-13700 Grad

  • Schutzgas

  • Metalle

  • 5x Bahnplanung

• 3D-Druck

  • 190 - 250 Grad

  • Kunststoffe

  • Stützstrukturen

  • 2D Slicing

• nicht durchgängige digitale Prozesskette

• suboptimale Prozessgestaltung

• Schwierigkeiten bei der Nachbearbeitung im hybriden Prozess durch Fräsen

• hohen Forschungsbedarf in der Digitalisierung

• hohen Schulungsbedarf

• fehlendes ausgebildetes Personal

• eingeschränkte Nutzbarkeit bestehender Schweißparameter

• ist eine digitale Repräsentation eines Objekts aus der realen Welt, die einen Datenaustausch ermöglicht und Algorithmen zur Simulation des Verhaltens enthält

• keine Fehlerhaftigkeit

• Daten müssen festgelegt sein

• Datenaustausch via Schnittstellen

• Algorithmen, müssen das verhalten abbilden

1. Idee

2. CAD

3. CAM

4. Post

5. Fertigung

6. Digitaler Zwilling (ergänzung zu der normalen CAX-Kette)

• Computational Engineering

• Kinematik Simulation

• Material Simulation

• Veränderung der Z-Höhe

• Gleich-Gegenlauf

• Werkzeugnummer

• Wechsel der Orientierung

• Schnittlänge

• Zeitspanvolumen

• fertige Lösung

• Genaues Abbild von Materialparametern

• Langsame Berechnung

• Proprietäre SW

• Hohe Geschwindigkeit

• Sehr tiefe Integration

• Bauraum

• Preis der Anlagen

• Geringer Bedarf an Genauigkeit

• Flexibilität

• die Entwicklung einer effektiven und kostengünstigen hybriden Softwarekette für den WAAM Prozess mit minimalem Schulungsaufwand

• dadurch WAAM als günstige und sichere Alternative

• eher unwichtig

Wärmequelle/ Schweßbrett

• Form des Materialauftrags

• Temperatur während der Bearbeitung

• Veränderung des Gefüges

• Grundplatte

• Bearbeitungsparametern

• Form

Ansätze zur Kontrolle

• Anpassung der Bearbeitungsbahnen

• Simulation, Messung, Kühlung

Schweißparameter:

• Stromstärke, Spannung, Gasfluss, Brennerabstand, Schweißgeschwindigkeit

Probleme bei falschen Parametern:

• Mangelnde Nahtdurchdringung

• Übermäßige Nahtüberhöhung

• Porosität und Einschlüsse

• Rissbildung

• Übermäßiger Wärmeeintrag

Argon:

• Preiswert und Inert (reaktionsträge); Hoher Energiebedarf; Schlechter Wärmeleiter

Helium:

• Guter Wärmeleiter; Schlechte elektrische Leitfähigkeit; Höhere Spannung

Stickstoff:

• Günstigste Gas; Reagiert mit Titan und anderen Stählen

• darauf wird Material aufgebaut

• wichtig für die Einbringung von Wärmeenergie, insbesondere in den ersten Schichten

• kleinerer Bauraum

• weiter Kollisionsgeometrien

• Konturen: erzeugen die äußere Hülle des Teils

• Infills: definieren innere Eigenschaften des Teils

—> Offsets der Konturen erzeugen problematische Stellen für die Bearbeitung

—> Optimierte Anzahl von retract: Verwendung von Morph-Mustern zur Vermeodung kleiner Pfadelemente

• feste Ausrichtung (3+2)

• normal zur Schichtoberfläche

• Interpolation entlang äußerer/innerer Wände berücksichtigt

—> Orientierungsglättung: dient der Vermeidung von abrupten Ruckeln und Orientierungsänderungen

• Form des Bauteils zu optimieren an gewünschte Spezifikationen

• Nachbearbeitung - Ideale Form: CAD -> WAAM -> Fräsen

• Nachbearbeitung: CAD -> WAAM -> Spannen -> Referenzieren -> Fräsen -> Trennen

• um Stabilität der Bearbeitung zu gewährleisten

• Spannen der Bauplatte, am am Bauteil nicht möglich

Probleme: Verzug und ungünstige Positionen

• durch einbringen von Referenzmarkierungen in die Bauplatte (Bohrungen, Nuten, usw.)

• Wasserstrahl, Plasmaschneider, Sägen

Lösungsansatz: Untersuchungen zu alternativen Materialien für die Platten z.B. Kupfer

• Herstellung eines Optimierten Brackets mit Hilfe WAAM

  • angepasster optimierter Rafinex Möbius

  • Berechnung der WAAM Bahnen mit dem ModuleWorks Plugin für McNeel Rhinoceros 7

  • Druck der Bahnen auf dem HRW WAAM System

  • Manuelle Überwachung der Interpass Temperature

• Entwicklung eines für Anwender angepassten Systems

• Einbindung von Studierenden

• Kooperationen mit Industriepartnern

• Nutzung von IOT Techniken zur Prozessüberwachung und Steuerung

• Integration des Systems in die HRW / IMB VR Umgebungen

• Sicherheitskonzept für die WAAM Zelle