Fortschritte in der Kerntechnik durch Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)
Framatome, ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich der Kernkrafttechnologie, wollte die Machbarkeit des Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) für die Herstellung großer, sicherheitskritischer Komponenten untersuchen. Das Unternehmen wählte ein Impeller aus Edelstahl in Originalgröße als Testfall, um die Leistungsfähigkeit von WAAM hinsichtlich Maßgenauigkeit, mechanischer Integrität und Wiederholbarkeit zu prüfen.
Die herkömmliche Herstellung eines solchen Laufrads ist mit langen Vorlaufzeiten, hohem Materialverlust und hohen Werkzeugkosten verbunden. Framatome wollte prüfen, ob WAAM eine schnellere und flexiblere Alternative bieten kann, ohne die strengen Standards der Kernindustrie zu beeinträchtigen.
Lösung
MX3D arbeitete mit dem Forschungs- und Entwicklungsteam von Framatome zusammen, um das Laufrad mithilfe seiner robotergestützten WAAM-Technologie herzustellen. Das Projekt war in drei Entwicklungsphasen gegliedert:
- Entwicklung von Design- und Druckstrategien, einschließlich Optimierung und Simulation digitaler Pfade.
- Teilweise Prototypenfertigung zur Validierung der Abscheidungsparameter, der Kühlungssteuerung und der strukturellen Konsistenz.
- Vollwertige Impeller-Produktion, kombiniert mit Präzisionsdruck, Wärmebehandlung und Endbearbeitung.
Um das Gesamtgewicht des Laufrads von etwa 1,4 bis 1,5 Tonnen aufzunehmen, hat MX3D seine MX Metal AM-Maschine mit einem 2-Achsen-Manipulator mit hoher Tragkraft ausgestattet, der eine kontrollierte Drehung und Zugänglichkeit während des Druckvorgangs ermöglicht.
Prozess
Das Laufrad wurde aus 316L-Edelstahl mit dem WAAM-System von MX3D gedruckt. e. Die Maßgenauigkeit wurde durch 3D-Scans in jeder entscheidenden Phase überprüft, sowohl im gedruckten Zustand als auch nach der Bearbeitung, wodurch eine lückenlose Rückverfolgbarkeit des Prozesses gewährleistet wurde.
Die endgültige Geometrie wurde durch CNC-Fräsen erreicht, wodurch die Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität des gedruckten Laufrads bestätigt wurden. Alle Phasen wurden mithilfe der MX3D-Software MetalXL-Software
Ergebnis
Die Zusammenarbeit zwischen Framatome und MX3D hat erfolgreich gezeigt, dass WAAM ein praktikables Fertigungsverfahren für große, komplexe Bauteile im Nuklearbereich ist. Der Prototyp des Laufrads erfüllt alle Projektziele und zeichnet sich durch hervorragende Materialqualität, Maßhaltigkeit und Wiederholgenauigkeit über den gesamten Druckbereich hinweg aus.
Diese Errungenschaft unterstreicht das Potenzial von WAAM, Vorlaufzeiten, Materialverschwendung und Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsverfahren zu reduzieren und dabei die lückenlose Rückverfolgbarkeit sowie die Einhaltung industrieller Standards zu gewährleisten. Im Rahmen des Projekts gelang zudem eine deutliche Verringerung des CO₂-Fußabdrucks der Fertigung.
Für Framatome stellt das Projekt einen wichtigen Schritt bei der Integration fortschrittlicher additiver Technologien in die Kerntechnikfertigung dar. Für MX3D bestätigt es die Stärke von WAAM bei der Herstellung hochwertiger, missionskritischer Komponenten für eine der anspruchsvollsten Branchen der Welt.
Projektdaten
- Kunde: Framatome
- Teil: Prototyp eines Impellers in Originalgröße
- Technologie: Draht-Lichtbogen-Additive Fertigung (WAAM)
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