Adaptives Schweißen für die additive Fertigung durch dynamisch orientierten Lagenaufbau

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Sigrid Brell-Cokcan; Professor Dr.-Ing. Uwe Reisgen
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455781630

Die Draht- und Lichtbogenbasierte additive Fertigung (WAAM) zeichnet sich durch hohe Fertigungsgeschwindigkeiten, sowie verhältnismäßig geringe Anlagenkosten aus und kann eine Schlüsseltechnologie für ressourcenschonende Fertigungsketten sein. Hierbei werden Lichtbogenschweißverfahren genutzt, um Bauteile durch formgebendes Schweißen additiv herzustellen. Ein Problem, welches WAAM-Verfahren kennzeichnet, ist die erforderliche, meist hohe Zahl an manuellen Korrektureingriffen während des Lagenaufbaus. Dies ist in der hohen Prozessdynamik, in Verbindung mit einem verhältnismäßig großen Schmelzbad begründet. Variierende thermische Randbedingungen führen hierbei dazu, dass die aufgetragenen Schweißraupen trotz konstant gehaltener Schweißparameter in unterschiedlichen geometrischen Ausprägungen erstarren, wodurch mit zunehmendem Lagenaufbau kumulative Geometrieabweichungen entstehen. Diese Abweichungen führen einerseits zu einem schlechteren Materialnutzungsgrad aufgrund des höheren Zerspanaufwandes, andererseits erfordern sie eine manuelle Kompensation durch Neuerstellung der Pfadplanung des Druckprozesses um beispielsweise Kollisionen des Schweißbrenners mit dem Bauteil zu vermeiden. Ziel des Vorhabens ist es, eine Fertigungsstrategie für das WAAM Verfahren zu entwickeln, welche durch dynamisch orientierten Lagenaufbau selbstständig geometrische Abweichungen kompensiert und damit einen vollautonomen Prozess ermöglicht. Hierbei stehen zwei Schwerpunkte zur Zielerreichung im Fokus: zum einen soll der Einfluss der Schwerkraft auf das Schmelzbadverhalten in Kombination der thermischen Randbedingungen bei der Pfadplanung berücksichtigt werden. Hierzu soll mit der äquivalenten Kontaktfläche eine Hilfsgröße formuliert werden, welche alle für die geometrische Schmelzbadformung relevanten thermischen Parameter zusammenfasst. Andererseits soll geeignete Sensorik genutzt werden, um geometrische Abweichungen der zu fertigenden Struktur zu erfassen und eine Neuplanung der Druckpfade auf Basis der ermittelten Geometrieabweichungen zu ermöglichen. Im Rahmen des Vorhabens soll ein tiefgreifendes Verständnis über die thermischen Randbedingungen im Fertigungsprozess und deren Auswirkungen auf Geometriefehler entwickelt werden. Es wird erwartet, dass die Projektergebnisse auf andere thermische additive Fertigungsverfahren übertragbar sind und daher ein weites Interessenfeld haben werden. Insbesondere der dynamische Lagenaufbau stellt einen neuen Aspekt für die additive Fertigung dar und kann neue Forschungsfragen erschließen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen