Lichtbogenbasierter Metalldraht-3D-Drucker

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504590295

Bei dem beantragten Metalldraht-3D-Drucker (Wire Arc Additive Manufacturing; WAAM) handelt es sich um eine Anlage aus dem Bereich der filamentbasierten additiven Fertigung. Mit dieser 3D-Drucktechnologie werden metallische Werkstoffe in Form von Drähten mittels eines Metallinertgas-Schweißsystems (MIG) gezielt aufgeschmolzen und die entstehenden Schmelztropfen über eine manipulierbare Bauplattform bzw. über ein Robotersystem aufgetragen. Das für 3D-Druckanwendungen speziell angepasste Software- und Steuerungssystem ist in der Lage, aus CAD-Modellen das Bauteil schichtweise generativ zu fertigen. Im Vergleich zu den pulverbettbasierten 3D-Druckverfahren können beim Metalldraht-3D-Druck wesentlich größere Bauteile in relativ kurzer Zeit gefertigt werden, was das Verfahren für die Bereiche konstruktiver Maschinenbau, Stahlbau und Luftfahrttechnik prädestiniert. Das Portfolio an zu verarbeitenden Werkstoffen und Legierungen umfasst neben diversen Stahlsorten auch Nickelbasislegierungen, Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen und Kupferlegierungen. Dabei ist anzumerken, dass vor allem im Bereich der niedriglegierten Kupferzusammensetzungen im Bereich der Aushärtbarkeit, der Mikrostruktur sowie der Oxidationsbeständigkeit noch Forschungsbedarf besteht. Ebenfalls gilt es Forschungslücken bei dem Metalldraht-3D-Druck von Nickelbasislegierungen aufzufüllen. Hierbei sind zum Beispiel der Einfluss einer lokalen Bauteilkühlstrategie auf die Mikrostruktur der γ‘- und γ‘‘-Ausscheidungen interessante Themenstellungen. Weitere Forschungsfragen auf Seiten des Hauptnutzers (LWT) umfassen unter anderem die Gegenüberstellung des pulvertechnologischen 3D-Drucks mittels Kaltgasspritzens mit dem WAAM-Verfahren und deren gegenseitiger Synergieeffekte. In der Fügetechnik offene Fragestellungen sind in den Bereichen der Hochtemperaturlötbarkeit von metalldrahtgedruckten sauerstoffempfindlichen Bauteilen angesiedelt. Das ISF als Mitbenutzer (10%) des beantragten Gerätes erforscht Fragestellungen aus dem Bereich der spanenden Fertigung. Das umfasst geplante Forschungsprojekte zum Tiefbohren sowie zur Fräsbearbeitung von Oberflächenstrukturen von additiv gefertigten Bauteilen zur Korrektur der auftretenden Abweichungen zum CAD-Modell. Das WPT, welches ebenfalls einen Nutzungsanteil von 10% besitzt befasst sich mit werkstoff- und prüftechnischen Forschungsfragen wie z.B. der Defektausbildung in additiv gefertigten Ti-6Al-4V und Al-12Si Legierungen und dessen Einfluss auf das Ermüdungsverhalten. Abschließend mit einem Nutzungsanteil von 5% ist das FT zu erwähnen, das sich mit der WAAM-Fertigung von Schraubenmaschinen mit variabler Rotorgeometrie befasst. Zusätzlich zu diesen geplanten Schwerpunkten soll die beantragte WAAM-Anlage die Forschungslandschaft an der TU-Dortmund im Bereich der metallischen additiven Fertigung neben der bereits vorhandenen pulverbasierten Verfahren schließlich um die filamentbasierten 3D-Druckverfahren ergänzen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Lichtbogenbasierter Metalldraht-3D-Drucker
• Gerätegruppe: 2110 Formen-, Modellherstellung und gießereitechnische Maschinen
• Antragstellende Institution: Technische Universität Dortmund
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Tillmann