3D-gedruckte Stützen mit außergewöhnlicher Geometrie

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ist ein Schweißverfahren, mit dem dreidimensionale Strukturen aus Stahl hergestellt werden können. Wie andere additive Fertigungstechnologien ermöglicht es die Herstellung geometrisch komplexer Strukturen, die mit herkömmlichen Methoden nicht oder nur sehr aufwendig realisierbar sind. In diesem Beitrag wird ein Arbeitsablauf vom Entwurf bis zur Fertigung für den Einsatz von WAAM im Rahmen der Herstellung von Stützen mit außergewöhnlicher Geometrie vorgestellt. Hierbei wird die Erforschung von Materialverhalten und Prozessparametern mit dem Ziel kombiniert, ein digitales Werkzeug für den Entwurf und die Fertigung von Bauteilen mittels WAAM bereitzustellen. Um die gewünschten Geometrien zu erreichen, werden die erforderlichen Schweißparameter erfasst und in einem rudimentären Digitalen Zwilling gespeichert. Ergänzt wird dies durch mehrere Prozesskontrollen, die während des Druckprozesses durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass das Objekt wie geplant erzeugt wird. Schließlich werden die Strukturen hergestellt und einer kritischen Bewertung unterzogen, um das Potenzial für zukünftige Anwendungen zu ermitteln. Die Herausforderung, geometrische Komplexität mit der Fertigung in großem Maßstab zu verbinden, stellt einen nächsten Schritt in der Integration von WAAM in den Stahlbau dar.

3D printed columns with exceptional geometry
Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) is a welding process used to build up three-dimensional structures in steel. Like other Additive Manufacturing technologies, it allows for geometrically-exceptional structures to be fabricated which are otherwise unfeasible or very expensive to manufacture using traditional methods. This paper presents an integrated design approach to the use of WAAM in the context of large-scaled applications, focusing on columns with exceptional geometric complexity. It combines material behaviour and process parameter research, with the aim of providing a digital tool to design and print structures using WAAM. To achieve the desired geometries, necessary welding parameters are stored and applied to a rudimentary digital twin model. This is complimented by multiple process-control checks, which are implemented during the printing process to ensure that an object is generated as planned. Finally, the structures are manufactured and are subjected to a critical evaluation in order to identify the possible future potential. The challenge of combining geometric complexity with manufacturing for large scale represents a next step in the integration of WAAM in steel constructions.