Teil unseres Kompletten Leitfaden zur additiven Fertigung mittels Lichtbogen →
Die Wahl des richtigen additiven Fertigungsverfahrens beginnt oft mit einer zentralen Frage: „Welche Materialien kann ich verwenden?“ Beim 3D-Druck mit Metall bieten verschiedene Technologien sehr unterschiedliche Antworten. Einige Verfahren sind durch die Notwendigkeit fein zerstäubter Metallpulver eingeschränkt. Andere erfordern bestimmte Legierungszusammensetzungen, um zuverlässig zu funktionieren. Doch der robotergestützte Wire Arc Additive Manufacturing ( WAAM ) zeichnet sich durch seine breite Kompatibilität mit bestehenden, industrietauglichen Schweißmaterialien aus.
Als Teilbereich von Directed Energy Deposition (DED) werden bei WAAM Bauteile hergestellt, indem Drahtmaterial mit einem Lichtbogen Schicht für Schicht unter Einsatz von Roboterbewegungssystemen geschmolzen wird. Dieser Ansatz ermöglicht die Verwendung einer Vielzahl von Metalle , von denen viele bereits für tragende Anwendungen zugelassen sind. Doch wie schneidet dieses Verfahren im Vergleich zu pulverbasierten Methoden wie dem selektiven Laserschmelzen (SLM), dem Elektronenstrahlschmelzen (EBM) oder der Lasermetallabscheidung (LMD) ab?
Schauen wir uns einmal die wichtigsten Unterschiede bei der Materialkompatibilität zwischen WAAM und anderen Metall-AM-Technologien genauer an Technologien .
WAAM verwendet Standard-Schweißdraht; pulverbasierte Verfahren tun dies nicht.
Einer der größten Vorteile von WAAM ist die Einfachheit der Ausgangsmaterialien . Anstelle von Metallpulvern wird beim WAAM-Verfahren herkömmlicher Schweißdraht verwendet, der bereits in Dutzenden von Legierungsarten und Durchmessern weit verbreitet ist. Dazu gehören:
- Edelstähle (z. B. 316L, 308L)
- Strukturelle Kohlenstoffstähle
- Nickelbasislegierungen wie Inconel 625 oder 718
- Aluminiumbronze
- Hochfeste niedriglegierte Stähle (HSLA)
- Kupferlegierungen
Es handelt sich hierbei um Materialien, die bereits weltweit in der Fertigung und im Bauwesen verwendet werden und über etablierte Zertifizierungen und mechanische Leistungsdaten verfügen. Dadurch sind sie leicht zu beschaffen, kostengünstig zu lagern und unkompliziert zu qualifizieren.
Im Gegensatz dazu erfordern pulverbasierte AM-Technologien erfordern in der Regel kugelförmige Metallpulver, die durch Gas- oder Plasma-Zerstäubung hergestellt werden. Diese Pulver müssen sehr strenge Anforderungen hinsichtlich Partikelgröße, Form, Fließfähigkeit und chemischer Zusammensetzung erfüllen. Daher sind sie teuer, in großen Mengen schwerer zu beschaffen und oft auf eine engere Auswahl an Legierungen beschränkt, die für das Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen optimiert sind.
Kundenspezifische Legierungen und Innovationen sind mit WAAM leichter zugänglich
Da beim WAAM-Verfahren Draht zum Einsatz kommt, der individuell gezogen oder kombiniert werden kann, eröffnet dies weitaus mehr Flexibilität bei der Entwicklung experimenteller oder hybrider Legierungen . Forschungs- und Entwicklungsteams sowie Hersteller können neue Zusammensetzungen ausprobieren oder die chemische Zusammensetzung anpassen, ohne die hohen Kosten und Risiken, die mit Sonderanfertigungen von Pulverchargen verbunden sind.
Dies ist besonders wichtig in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Schifffahrt oder der Kernenergie, wo sich die Materialanforderungen rasch weiterentwickeln und keine einzige Legierung für alle Anwendungen geeignet ist. Mit WAAM ist es möglich, neuartige Materialien, Multimaterial-Gradienten oder abgestimmte Mikrostrukturen zu entwickeln, die mit pulverbasiertem AM schwierig oder kostspielig wären.
In vielen Fällen ermöglicht Draht als Ausgangsmaterial zudem eine bessere Rückverfolgbarkeit und Materialherkunft , da es von etablierten Schweißzulieferern mit klarer Dokumentation und Chargenkontrolle stammt. Dies ist für zertifizierte Teile und Qualitätssicherungsprozesse von entscheidender Bedeutung.
Um einen umfassenderen Überblick über additive Fertigungstechnologien, Faktoren, die die Materialkosten beeinflussen, und industrielle Anwendungen zu erhalten, erfahren Sie mehr unter Was ist Metall-3D-Druck .
Sicherheit, Handhabung und Abfallentsorgung
Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist die Materialhandhabung . Bei der pulverbasierten additiven Fertigung kommen feine, reaktive Partikel zum Einsatz, die Gesundheits-, Brand- und Explosionsgefahren bergen können. Die Bediener benötigen spezielle Ausrüstung, abgeschlossene Kammern, Inertgasumgebungen sowie regelmäßige Verfahren zur Aufbereitung oder Entsorgung des Pulvers.
WAAM vermeidet diese Probleme vollständig. Schweißdraht ist stabil, sicher in der Handhabung und leicht zu lagern. Es besteht keine Gefahr von Verunreinigungen, Oxidation oder Staub in der Luft. Auch der Materialabfall ist minimal: Bei diesem Verfahren werden nahezu formfertige Teile hergestellt, bei denen nur eine geringe Menge an Überschuss während der Nachbearbeitung entfernt wird.
Diese Einfachheit macht WAAM ideal für die Installation in traditionellen Fabrikumgebungen, Forschungslabors oder abgelegenen Standorten, ohne dass eine fortschrittliche Infrastruktur erforderlich ist.
Teilegröße und Materialwirtschaftlichkeit
Was die Größe angeht, eignet sich das WAAM in einzigartiger Weise für große Metallbauteile sowie für den den Metall-3D-Druck , bei dem die Kosten der pulverbasierten Fertigung unüberschaubar werden. Pulverbettsysteme verfügen in der Regel über geringe Bauvolumina und erfordern eine vollständige Abdeckung der Baukammer mit Pulver, selbst wenn nur ein kleiner Abschnitt gedruckt wird.
WAAM trägt nur das benötigte Material auf. Dadurch bleiben die Kosten vorhersehbar und größere Konstruktionen sind ohne einen proportionalen Anstieg der Materialkosten möglich. Für Unternehmen, die Teile mit einer Größe von über 500 mm oder sogar über einem Meter drucken, ist WAAM einfach kostengünstiger. Es ermöglicht die Verwendung von erschwinglichen Baustahlsorten und gängigen Legierungen in Teilen, die für die Herstellung in einem laserbasierten System viel zu groß oder zu schwer wären.
Beispielsweise wurde WAAM zum Drucken von Laufrädern, Druckbehälterkomponenten, Offshore-Halterungen und großen Strukturarmaturen verwendet, allesamt aus zertifizierten Legierungen und zu einem Bruchteil der Kosten pulverbasierter Verfahren.
Mechanische Eigenschaften und Nachbearbeitung
Ein weit verbreiteter Irrtum ist, dass pulverbasierte Bauteile stets überlegene mechanische Eigenschaften aufweisen. Tatsächlich erfordern sowohl WAAM- als auch pulverbasierte Verfahren Nachbearbeitung , um eine optimale Leistungsfähigkeit zu erreichen. Dazu gehören die maschinelle Bearbeitung, die Wärmebehandlung und manchmal auch das heißisostatische Pressen (HIP).
WAAM-Bauteile können mechanische Eigenschaften erreichen, die mit denen von Schmiedeteilen vergleichbar sind, insbesondere bei Legierungen wie Edelstahl oder Inconel. Bei der Herstellung mit kontrollierten Parametern unter Verwendung fortschrittlicher Software wie MX3Ds MetalXL und anschließend entsprechend nachbearbeitet, können WAAM-Bauteile die Anforderungen der Normen ISO, ASME oder API für konstruktive und sicherheitskritische Teile erfüllen.
Pulverbettsysteme bieten zwar direkt nach dem Verlassen der Maschine eine etwas feinere Oberflächenbeschaffenheit, doch bei großen Funktionsteilen, die ohnehin noch bearbeitet werden, ist dies oft kein entscheidender Faktor.
Für detaillierte Vergleiche: WAAM im Vergleich zu Guss und Schmieden | WAAM vs. 3D-Laserdruck | Ist WAAM kosteneffizient?
WAAM bietet einen breiteren und praxisorientierteren Zugang zu Materialien
Der Vorteil von WAAM hinsichtlich der Materialkompatibilität ist offensichtlich. Es ermöglicht:
- Verwendung von Schweißdrähten in Industriequalität, keine Nischenpulver
- Einfache Beschaffung, geringere Kosten und sicherere Handhabung
- Kompatibilität mit großformatigen Konstruktionen und strukturellen Anwendungen
- Größere Flexibilität für Experimente und Designs mit mehreren Materialien
- Bewährte Eigenschaften und Weg zur Zertifizierung
Während pulverbasierte Verfahren sich besonders für kleine, hochpräzise Komponenten und interne Gitterstrukturen eignen, ist WAAM unübertroffen in seiner Fähigkeit, reale Leistung in großem Maßstab zu liefern, und zwar mit Materialien, denen Ingenieure bereits vertrauen.
Wenn es geschweißt werden kann, ist es für WAAM geeignet
Wir bei MX3D sind davon überzeugt, dass Materialflexibilität eine der wichtigsten Eigenschaften jedes additiven Fertigungssystems ist. Mit WAAM können Sie mit den Ihnen bereits bekannten Metallen drucken, Rohstoffe problemlos beschaffen und Zertifizierungsanforderungen erfüllen, ohne dabei Abstriche bei Geschwindigkeit oder Kosten machen zu müssen. Wenn Sie verschiedene AM-Technologien vergleichen und sich fragen, welche Ihren Materialanforderungen am besten entspricht, kann Ihnen unser Team weiterhelfen. Lassen Sie uns über Ihre Anwendung, Ihre Spezifikationen und Ihre Produktionsziele sprechen – wir helfen Ihnen gerne bei der Entscheidung, ob WAAM der richtige Weg für Sie ist.
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