Es wird ein Einblick in die Vorgehensweise zur Fertigung von Knotenstrukturen im Stahlbau mittels Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) und der numerischen und experimentellen Untersuchung der Knotenstrukturen gegeben. Ausgehend von der geometrischen Komplexität sich schneidender Profilstäbe aus Stahl werden wesentliche Punkte bei der simulationsgestützten Ermittlung von Knotenstrukturen beschrieben. In Abhängigkeit von den Lastfällen können unterschiedliche Strukturen in der Topologieoptimierung gefunden werden. Für die Herstellung der Knotenstruktur durch das Wire and Arc Additive Manufacturing müssen die numerisch gefundene Geometrie angepasst sowie Varianten der Bahnplanung entwickelt und bewertet werden. Dabei wird auch der Einfluss von Prozessparametern auf Verzug, Endkonturnähe und mechanische Eigenschaften der Bauteile untersucht. Für die Prognose von Spannungs- und Verformungszuständen des Knotens wird eine vereinfachte thermische und mechanische Analyse des Herstellungsprozesses durchgeführt. Weiter wird ein Verfahren für eine In-situ-Bauteilprüfung vorgestellt, welche Prozessunregelmäßigkeiten anhand von Sensordaten erkennt und deren Einflüsse auf die mechanischen Eigenschaften des Bauteils bewertet, wodurch frühzeitig im Prozess Maßnahmen zur Fehlerkorrektur getroffen oder Kosten durch Ausschuss reduziert werden können.

Production of 3D printed steel nodes structures
An insight into the procedure for manufacturing node structures in steel construction using Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) and the numerical and experimental investigation of the node structures is given. Based on the geometric complexity of intersecting steel profile bars, essential points in the simulation-based determination of node structures are described. Depending on the load cases, different structures can be found via topology optimization. For the production of the node structure by wire and arc additive manufacturing, the numerically found geometry must be adapted and path planning variants have to be developed and evaluated. The influence of process parameters on warpage, near net shape and mechanical properties of the components is also examined. A simplified thermal and mechanical analysis of the manufacturing process is carried out for the prognosis of the stress and deformation states of the node. Furthermore, a method for in-process quality assurance is presented, which recognizes process irregularities on the basis of sensor data and evaluates their influence on the mechanical properties of the component, whereby measures for error correction can be taken early in the process and costs through rejects can be reduced.