Uni Hannover: Laser-Auftragsschweissen

Additiv fertigen in der zerspanenden Prozesskette

| Redakteur: Konrad Mücke

Universell anwendbar: Mit Lichtbogen-Draht-Auftragsschweissen lassen sich beliebige Geometrien alleinstehend oder auf vorhandenen Bauteilen additiv generieren.
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Universell anwendbar: Mit Lichtbogen-Draht-Auftragsschweissen lassen sich beliebige Geometrien alleinstehend oder auf vorhandenen Bauteilen additiv generieren. (Bild: PZH)

Wie lassen sich additive mit zerspanenden Fertigungsverfahren sinnvoll kombinieren? Spezialisten am Produktionstechnischen Zentrum Hannover (PZH) haben eine Roboteranlage verwirklicht. Sie verbindet Auftragsschweissen mit Zerspanung.

Eine am Produktionstechnischen Zentrum (PZH) der Leibniz Universität Hannover konzipierte und realisierte Roboterschweisszelle kann mit Hilfe des Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM, Lichtbogen-­Draht-Auftragsschweissen) komplette Bauteile aus Stahl oder Aluminium fertigen. Verglichen mit den meist üblichen additiven Verfahren hat das WAAM-Verfahren einige Vorteile. Beim SLM, dem Pulverbettver­fahren, werden zum Beispiel in Pulver­schichten einzelne Punkte aufgeschmolzen. Das ist allerdings langsam und erfordert sorgfältiges Engineering. Zudem lassen sich wegen der speziellen Maschinentechnologie nur Bauteile mit kleineren und mittleren Abmessungen herstellen.

Lichtbogen-Draht-Auftragsschweissen

Dagegen eignet sich das WAAM-Verfahren besonders dazu, auch grössere Bauteile innert kurzer Zeit aufzubauen. Dazu wird Werkstoff aus dem aufgeschmolzenen Schweissdraht aufgetragen. Ein weiterer Vorteil dieser Technologie: Man kann auch auf vorhandene Rohlinge aufbauen. Deshalb muss nicht grundsätzlich ein vollständiges Bauteil additiv hergestellt werden.

Entstanden ist die Roboterschweisszelle als gemeinsames Projekt des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeug­maschinen (IFW) und der TEWISS Technik und Wissen GmbH.

Beide Einrichtungen sind am PZH ansässig. «Wir wollen die Prozesskette des traditionellen Zerspanens mit den Vorteilen der additiven Fertigung verbinden», erklärt Professor Berend Denkena, Leiter des IFW. Tatsächlich betreten die Wissenschaftler seines Instituts, indem sie das Auftragsschweissen in eine ansonsten spanende, also abtragende Fertigung mit Werkzeugmaschinen und Fräszentren integrieren, Neuland. Das betrifft zum einen die Werkstoffkenndaten und die Geometrie der additiv gefertigten Bauteile, die für die folgenden, spanenden Bearbeitungsschritte sicher und verlässlich vorliegen müssen. Zum anderen betrifft es die entsprechende Auslegung der Folgeprozesse.

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Beliebig integrierbar

Darüber hinaus haben sich die Forscher damit beschäftigt, wie weitere additive Verfahren insgesamt die Prozesskette der spanenden Fertigung erweitern können. Anders als pulverbasierte 3D-Druckverfahren bietet das WAAM-Verfahren drei entscheidende wirtschaftliche Vorteile. Es erfordert niedrigere Investitionen, die komplexe Infrastruktur und Logistik für das Pulver entfällt, und der Prozess ist skalierbar. Kann also auf (beliebig) grosse Bauräume erweitert werden.

Auch die Roboterschweisszelle selbst ist etwas Neues: «Selbstverständlich gibt es robotergestützte 3D-Drucker. Auch Roboterschweissen ist bekannt», erklärt TEWISS-­Geschäftsführer Jan Jocker und ergänzt: «Unsere Projektingenieure hatten allerdings die Aufgabe, die Roboterzelle für additive Fertigung aus der Perspektive einer Werkzeugmaschine aus zu denken und sie mit einer offenen Steuerung und entsprechenden Programmierschnittstellen auszustatten.» Das ist in der erfolgreichen Zusammenarbeit von TEWISS und dem IFW gelungen. (Bei einigen Maschinenherstellern, zum Beispiel Mazak, gibt es bereits Werkzeugmaschinen mit integriertem Draht-Auftragsschweissen. Anm. der Redaktion)

Unternehmen, die sich für die Integration eines WAAM-Verfahrens in ihre Fertigungskette interessieren oder dazu Forschungsbedarf sehen, können die Wissenschaftler des IFW kontaktieren. «Gern nehmen wir Anregungen aus der Praxis auf und forschen entsprechend», betont Institutsleiter Denkena. Projektpartner, zum Beispiel Hersteller von Robotern und Werkzeugmaschinen, sind künftig willkommen. SMM

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