3D-Druck mit Aluminium mittels WAAM: Großformatige Strukturbauteile aus den Legierungsserien 2000, 4000, 5000 und 6000 Wichtigste Punkte:

Wichtige Hinweise:

• Umgeht Engpässe in der Lieferkette: Die Draht-Lichtbogen-Additive Fertigung (WAAM) macht lange Vorlaufzeiten in der Gießerei sowie die hohen Kosten für das Gießen oder die Bearbeitung massiver Aluminium-Strukturbauteile aus massiven Blöcken überflüssig.

• Uneingeschränkte Skalierbarkeit und Produktion: Der Betrieb erfolgt ohne die einschränkenden Bauvolumekammern herkömmlicher Pulverbettsysteme; stattdessen werden mehrachsige Roboterarme eingesetzt, um Bauteile mit einer Spannweite von mehreren Metern in offenen Fertigungsumgebungen zu drucken.

• Hervorragende Abscheidungsraten: Erreicht einen hohen Durchsatz zwischen 1,0 und 4,0 kg/h (eine 10- bis 40-fache Steigerung gegenüber Laser-Pulversystemen) bei einer Materialausnutzung von 100 Prozent.

• Erhöhte Sicherheit und geringere Kosten: Es wird handelsübliches Drahtmaterial verwendet, das drei- bis zehnmal günstiger ist als atomisierte Pulver und die mit pyrophorem Aluminiumpulver verbundenen erheblichen Brand- und Explosionsgefahren beseitigt.

• Außergewöhnliche mechanische Eigenschaften: Liefert vollständig dichte, zertifizierte Bauteile mit beispielloser Duktilität (z. B. 30 % Dehnung bei der Legierung 5183), die die Standardwerte für Gussteile deutlich übertreffen und direkt mit den Referenzwerten für Schmiedematerialien mithalten können.

Fortgeschrittene additive Fertigung mit Aluminium

Als branchenführende Lösung für den 3D -Druck mit Aluminium verändert das Wire-Arc-Additive-Manufacturing-Verfahren von MX3D die Produktion in der Schwerindustrie. Ganz gleich, ob Sie einen 3D-Aluminiumdrucker mit hoher Kapazität oder einen 3D-Aluminiumdrucker für großformatige Strukturbauteile suchen – die fortschrittliche additive Fertigung mit Aluminium bietet eine uneingeschränkte, kostengünstige Alternative zu den Einschränkungen herkömmlicher Fertigungsverfahren. Unter Verwendung einer hochoptimierten WAAM-Roboterbrennerbaugruppe ( WAAM = Wire Arc Additive Manufacturing) schmilzt dieses Verfahren metallisches Drahtmaterial Schicht für Schicht, um schwere, nahezu endformgerechte Objekte nach Bedarf ohne spezielle Werkzeuge oder Formen herzustellen.

Konstruktions- und Beschaffungsteams sehen sich bei der Beschaffung massiver Aluminium-Strukturbauteile mit einem anhaltenden Engpass in der Lieferkette konfrontiert. Große Baugruppen wie Aufbauten für Schiffe, maßgefertigte Yachtkomponenten oder schwere Trennwände für die Luft- und Raumfahrt sind unglaublich komplex zu gießen, bei geringen Stückzahlen außerordentlich teuer in der Bearbeitung aus massiven Blöcken und unterliegen oft langen Vorlaufzeiten bei spezialisierten Gießereien.

Unsere hochmoderne Produktionsanlage ist auf den Druck zertifizierter Bauteile aus den Legierungsserien 2000, 4000, 5000 und 6000 spezialisiert – darunter die Strukturlegierungen 4018, 4046, 5183, 5356, 6063 sowie die für die Luft- und Raumfahrt geeignete Legierung 2319 –, die alle gemäß EN ISO 18273 klassifiziert sind. Diese Kompetenz ermöglicht es den Branchen Schifffahrt, Architektur, Verteidigung und Luft- und Raumfahrt, die Vorlaufzeiten drastisch zu verkürzen und gleichzeitig eine robuste, normkonforme strukturelle Leistungsfähigkeit zu erzielen. Darüber hinaus erweitert MX3D kontinuierlich das industrielle Materialspektrum und gewährleistet metallurgische Spitzenqualität sowohl bei Leichtbaulegierungen als auch bei hochentwickelten Stählen durch die Anwendung unserer umfassenden Material- und Zertifizierungsrichtlinien. Diese systematische Kontrolle ermöglicht es uns, zertifizierte Bauteile für die anspruchsvollsten technischen Umgebungen zu liefern, einschließlich Hochleistungsanwendungen mit fortschrittlichen Legierungen wie Super-Duplex-Edelstahl.

Warum sich die Draht-Lichtbogen-Additive Fertigung für Aluminiumteile eignet

Strategien für die industrielle Fertigung erfordern eine klare technologische Begründung, bevor herkömmliche Verfahren wie Gießen oder Schmieden ersetzt werden. WAAM bietet konkrete Vorteile für großformatiges Aluminium, insbesondere im Vergleich zu Pulverbett- oder Kaltfusionsverfahren.

Skalierung ohne Einschränkungen durch das Pulverbett

Das herkömmliche Laser-Pulverbett-Fusionsverfahren (LPBF) unterliegt starken Einschränkungen durch das physikalische Volumen seiner internen Bearbeitungskammern, wodurch die maximalen Bauteilabmessungen in der Regel auf unter 500 Millimeter begrenzt sind. Aufgrund dieser geringen Größenordnung eignen sich Pulverbettmaschinen überhaupt nicht für große Strukturen im Schiffsbau oder im Bauwesen. Darüber hinaus ist der Pulverbettdruck weitgehend auf bestimmte siliziumreiche Legierungen wie AlSi10Mg beschränkt, um thermische Rissbildung während der Abkühlung zu verhindern.

Die Roboter-Drahtlichtbogentechnologie arbeitet ohne die Einschränkungen herkömmlicher Baukammern und nutzt die uneingeschränkte Reichweite eines mehrachsigen Roboterarms, um schwere Bauteile mit einer Spannweite von mehreren Metern in einer offenen Werkstattaumgebung zu drucken. Für Anwendungen, die eine äußerst strenge Atmosphärenabschirmung erfordern, integriert MX3D maßgeschneiderte Klimakammern, um eine präzise Atmosphärenkontrolle über der Schweißzone zu gewährleisten, ohne das Bauvolumen einzuschränken.

Draht als Ausgangsmaterial vs. Aluminiumpulver: Ein entscheidender Unterschied

Die mechanischen, finanziellen und sicherheitstechnischen Unterschiede zwischen den verschiedenen Rohstoffvarianten stellen für Beschaffungsmanager in der Industrie einen wesentlichen Aspekt dar. Lose Aluminiumpulver bergen in einer Fabrikumgebung erhebliche Betriebsrisiken. In seiner fein zerstäubten Form ist Aluminiumpulver stark pyrophor und stellt eine ständige Brand- und Explosionsgefahr dar, die eine spezielle explosionsgeschützte Lagerung, strenge Klimakontrollen sowie vollständig mit Inertgas gefüllte Verarbeitungsumgebungen während der Handhabung und des Druckvorgangs erfordert.

Als Ausgangsmaterial für Industriedraht wird derselbe sichere und stabile Rohstoff verwendet, der seit Jahrzehnten in kommerziellen MIG-Schweißanlagen (Metal Inert Gas) zum Einsatz kommt. Industriedraht birgt keine Brandgefahr, lässt sich sicher in offenen Fabrikumgebungen handhaben und ist deutlich kostengünstiger – pro Kilogramm kostet er zwischen drei- und zehnmal weniger als die hochpreisigen pulverförmigen Schweißzusätze.

Hohe Abscheidungsraten: Ein Produktivitätssprung

Über die physikalische Größenordnung hinaus bietet das Drahtlichtbogenschweißen einen enormen Vorteil beim Durchsatz. Während herkömmliche LPBF-Systeme in der Regel mit begrenzten Abscheidungsraten von 0,1 bis 0,3 kg/h arbeiten, erreicht das Aluminium-WAAM-Verfahren von MX3D regelmäßig hohe Abscheidungsraten zwischen 1,0 und 4,0 kg/h. Dies entspricht einer 10- bis 40-fachen Steigerung des Fertigungsdurchsatzes, was das Verfahren für massive, mehrere Meter große Strukturbauteile einzigartig wirtschaftlich macht. Darüber hinaus erreicht das Drahtmaterial eine Materialausnutzung von nahezu 100 Prozent innerhalb des lokalisierten Schweißbads, wodurch die bei Pulversystemen unvermeidlichen kostspieligen Rückgewinnungs-, Sieb- und Abfallentsorgungszyklen vollständig umgangen werden.

Für WAAM verfügbare Aluminiumlegierungen

Dank der Flexibilität der Drahtwerkstoffe kann MX3D Standardlegierungen für den Bau-, Schiffsbau-, Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrtbereich verarbeiten, mit denen Ingenieure bereits vertraut sind. Die folgende Tabelle enthält den vollständig zertifizierten Katalog der technischen Werkstoffklassen, die über unsere MetalXL-Plattform verarbeitet werden.

Übersichtstabelle der Aluminiumlegierungsserien

Legierungsserie	Offizielle Einstufung gemäß EN ISO 18273	Wichtige Materialeigenschaften	Hauptanwendungen im Bauwesen
Serie 2319   (Al Cu)	S Al 2319   (AlCu6MnZrTi)	Hohe Festigkeitseigenschaften bei erhöhten Temperaturen; Luft- und Raumfahrtstandard.	Spezialisierte Tragwerke für die Luft- und Raumfahrt, maßgeschneiderte Vorrichtungen für die Verteidigungsindustrie.
Serien 4018 und 4046   (Al Si)	S Al 4018 (AlSi7Mg)   S Al 4046 (AlSi10Mg)	Hohe Fließfähigkeit beim Schmelzen; ausgezeichneter Siliziumgehalt zur Vermeidung von Druckrissen.	Komplexe industrielle Werkzeuge, maßgeschneiderte Pumpenbaugruppen, Gehäuse.
Serien 5183 und 5356   (Al Mg)	S Al 5183 (AlMg4,5Mn0,7)   S Al 5356 (AlMg5Cr)	Hervorragende Korrosionsbeständigkeit; nicht wärmebehandelbar; hohe strukturelle Integrität im maritimen Bereich.	Maritime Bauwerke, Yachtkomponenten, Druckbehälter und Anlagen für chemische Flüssigkeiten.
Serie 6063   (Al Mg Si)	S Al 6063   (AlMg0,7Si)	Gute mechanische Festigkeit, gut schweißbar, hervorragende Verarbeitungsvielfalt. Im Gegensatz zur 5xxx-Serie ist 6063 wärmebehandelbar, sodass durch eine thermische Nachbehandlung nach dem Druck die optimale mechanische Leistungsfähigkeit erzielt werden kann.	Tiefbau, Architektur, Verbindungselemente und allgemeine Anwendungen im Hochbau.

MX3D Aluminium WAAM: Technische Daten und Leistungsmerkmale

Die Validierung eines additiven Verfahrens für den Einsatz im Bauwesen erfordert eine transparente Nachverfolgung der mechanischen Eigenschaften und strenge Referenzwerte für die Nachbearbeitung.

Materialeigenschaften und Leistungsmerkmale

Durch die Optimierung der Druckparameter und die Verwendung kalibrierter Parametersätze in unserer firmeneigenen Software erzielen gedruckte Aluminiumkomponenten beeindruckende mechanische Eigenschaften, die die Standardwerte für Gussteile deutlich übertreffen und direkt mit den Referenzwerten für Knetlegierungen mithalten können.

Mechanische Eigenschaften	WAAM 5183 (MX3D-Verfahren)	Geschmiedet 5183	Besetzung 5183	LPBF 5183
Bruchzugfestigkeit	290 MPa	280 – 350 MPa	300 – 330 MPa	270 – 330 MPa
0,2 Prozent Streckgrenze	130 MPa	130 – 180 MPa	125 – 145 MPa	150 – 160 MPa
Dehnungsprozentsatz	30%	11 % – 16 %	<15%	20 % – 31 %

 Hinweis zur außergewöhnlichen Duktilität des Werkstoffs

The 30% elongation achieved by the MX3D WAAM 5183 process represents an extraordinary benchmark for printed aluminium. This exceptional ductility significantly outperforms traditional cast (<15%) or wrought (11%–16%) values, providing superior resistance to fatigue, impact, and cracking in high-stress structural configurations.

Nachbearbeitung für strukturelles Aluminium (WAAM)

Um die vollständige Zertifizierung zu erreichen, ist eine koordinierte Abfolge von Nachbearbeitungsschritten erforderlich, darunter:

• Wärmebehandlung zur Spannungsentlastung: Gedruckte Aluminiumstrukturen werden einer kontrollierten Wärmebehandlung zur Spannungsentlastung unterzogen, um innere Restspannungen abzubauen und absolute geometrische Stabilität bei der Weiterverarbeitung zu gewährleisten.

• CNC-Bearbeitung: Beim subtraktiven Fräsen werden – je nach Verwendungszweck des Druckstücks – die äußeren Schweißnahtwellen von Passflächen oder kritischen Schnittstellen entfernt, um das Bauteil auf seine endgültigen, präzisen Maßtoleranzen gemäß der Konstruktionszeichnung zu bringen.

• Oberflächenschutz: Komponenten, die unter extremen Salzwasserbedingungen eingesetzt werden, werden mit fortschrittlichen Oberflächenbehandlungen versehen, darunter Eloxierung oder spezielle Grundierungen und Schutzbeschichtungen in Marinequalität, um ihre Lebensdauer unter diesen Umgebungsbedingungen zu maximieren.

• Zerstörungsfreie Prüfung (NDT): Die Techniker wenden strenge NDT-Verfahren wie Röntgenprüfung und Ultraschallprüfung an, um die innere Dichte zu überprüfen und die absolute Einhaltung der normativen Grenzwerte sicherzustellen.

Referenzprojekte in der Praxis

Unsere Produktionsstätte in Amsterdam hat großformatige Aluminiumprojekte in verschiedenen Branchen erfolgreich umgesetzt:

• Der Aluminium-Bulbkiel: Dieser beeindruckende, vier Meter lange und 8 mm dicke Bulbkiel wurde von KM Yachtbuilders speziell entworfen und von MX3D mittels robotergestützter WAAM-Technologie unter Verwendung von 5356-Aluminiumdraht in Marinequalität gedruckt. Er verfügt über interne Versteifungen, die die allgemeine strukturelle Integrität verbessern. Die Oberfläche wurde manuell bearbeitet, und der Innenraum wurde mit Blei gefüllt, das als struktureller Ballast dient. Dies verdeutlicht, inwieweit sich das Verfahren für die hochgradige Maßanfertigung von Yachtkomponenten eignet.

• Das Schindler Elevate-Projekt: Diese in Zusammenarbeit mit dem Schweizer Aufzugsunternehmen Schindler durchgeführte Studie nutzte die Topologieoptimierung, um Aufzugskabinen grundlegend neu zu gestalten. Die gesamte Kabinenkonstruktion wurde aus Aluminium unter Verwendung der Legierung AlMg4,5Mn (Güteklasse 5183) gedruckt, die sich durch außergewöhnlich hohe Festigkeitseigenschaften auszeichnet. Dies führte zu einer erheblichen Gewichtsreduzierung der Konstruktion und zu verkürzten Innovationszyklen.

Anwendungsbereiche des 3D-Drucks mit Aluminium

Die einzigartige Kombination aus null Werkzeugkosten, schneller Abscheidung und umfangreichen Formatierungsmöglichkeiten ermöglicht es, mit Drahtlichtbogen-Aluminium kritische Engpässe in der Lieferkette in vier wichtigen Marktsektoren zu beheben.

Maritim

Der Schifffahrtssektor stellt für WAAM mit Aluminium einen der wichtigsten Anwendungsbereiche dar. Herkömmliche Lieferketten zwingen Schiffsbetreiber dazu, monatelang auf Gussteile zu warten, wenn kritische Deckskomponenten oder strukturelle Bauteile ausfallen. Durch den Einsatz von WAAM mit maritimen Legierungen wie 5356 oder 5183 können Betreiber leichte Deckskonstruktionen, maßgeschneiderte Bulbkiele und spezielle Lüftungshauben nach Bedarf drucken und so die vollständige Einhaltung der Vorschriften der Klassifikationsgesellschaften gewährleisten und gleichzeitig kostspielige Ausfallzeiten der Schiffe vermeiden.

Architektur und Bauwesen

Der moderne Hoch- und Tiefbau stützt sich in hohem Maße auf Leichtbaumaterialien, um anspruchsvolle architektonische Entwürfe zu verwirklichen. Mit WAAM können Bauingenieure Freiformknoten, maßgeschneiderte Fassadenhalterungen und hochoptimierte Leichtbau-Tragwerke entwerfen, die sich bei geringen Stückzahlen nicht kosteneffizient extrudieren oder gießen lassen.

Automobilindustrie und Motorsport

In der Entwicklung von Hochleistungsfahrzeugen sind Rapid Prototyping und die Optimierung leichter Konstruktionen von entscheidender Bedeutung. WAAM bietet Ingenieurteams die Möglichkeit, große, einzigartige Prototypen von Fahrzeughilfsrahmen, maßgeschneiderte Aufhängungshalterungen sowie leichte Montagevorrichtungen oder Werkzeuge direkt aus digitalen Modellen zu drucken und so die langen Vorlaufzeiten, die mit herkömmlichen Prototypenwerkzeugen verbunden sind, vollständig zu umgehen.

Luft- und Raumfahrt

Für Strukturrahmen in der Luft- und Raumfahrt, bei denen massive Aluminiumrohblöcke herkömmlicherweise zu dünnwandigen Strukturen gefräst werden, bietet WAAM eine effiziente Alternative. Durch das Aufbringen von Rippen, Halterungen und Versteifungen in nahezu endgerechter Form auf Grundplatten unter Verwendung von Draht der Luft- und Raumfahrtgüteklasse 2319 können Flugzeughersteller ihr „Buy-to-Fly“-Verhältnis drastisch senken und so erhebliche Materialkosten bei Hochleistungslegierungen einsparen.

Häufig gestellte Fragen zum 3D-Druck mit Aluminium

Kann WAAM Aluminium bedrucken?

Ja, das additive Fertigungsverfahren mit Drahtlichtbogen ist vollständig für Aluminiumlegierungen optimiert. Bei diesem Verfahren wird ein industrieller Roboterarm mit einer speziellen Schweißstromquelle kombiniert, um hochwertiges Aluminiumdraht-Ausgangsmaterial in offenen Produktionsumgebungen aufzutragen.

Welche Aluminiumlegierungen können mit WAAM verwendet werden?

Die Technologie nutzt handelsübliche Standard-Schweißdrähte. MX3D unterstützt offiziell die für den Schiffsbau bestimmten Serien 5356 und 5183, die für den Stahlbau bestimmte Serie 6063, die siliziumreichen Serien 4018 und 4046 sowie die für die Luft- und Raumfahrt bestimmte Serie 2319, die alle genau gemäß den Normen der EN ISO 18273 katalogisiert sind.

Welche mechanischen Eigenschaften weist WAAM-gedrucktes Aluminium auf?

Bei Verwendung der richtigen Druckparameter erzielen verschiedene Aluminiumlegierungen nach dem Druck hervorragende mechanische Eigenschaften, die die Standardwerte für Gussteile deutlich übertreffen und mit den Referenzwerten für Knetlegierungen mithalten können, wodurch sie eine außergewöhnliche Duktilität und Festigkeit aufweisen.

Ist 3D-gedrucktes Aluminium für den Einsatz in maritimen Umgebungen geeignet?

Ja, vorausgesetzt, es wird die geeignete Legierungsreihe ausgewählt. Durch die Verwendung von magnesiumreichem 5356- oder 5183-Draht als Ausgangsmaterial wird sichergestellt, dass die fertigen, vollständig dichten 3D-gedruckten Bauteile dieselben Korrosionsbeständigkeitseigenschaften aufweisen wie herkömmliche Platten in Marinequalität, die im Schiffbau verwendet werden.

Welche Zertifizierungen gelten für die MX3D-Aluminiumfertigung?

MX3D wurde erfolgreich im Rahmen der AM-Anlagenzertifizierung von Lloyd’s Register geprüft und verfügt über eine ISO 9001-Qualitätszertifizierung durch DNV. Unsere Druckverfahren und Komponenten werden regelmäßig gemäß den Anforderungen von DNV ST B203, API 20S, ASME Section IX und vielen weiteren Normen qualifiziert.

Sind Sie bereit für den Druck auf Aluminium?

Die Umstellung Ihrer Großbauteile auf die additive Fertigung mittels Lichtbogen-Schweißverfahren erfordert einen etablierten Partner mit nachgewiesener technischer Kompetenz. MX3D bietet komplette, automatisierte Produktionszellen und umfassende Auftragsdruckdienstleistungen, die für strukturelle Aluminium-Anwendungen optimiert sind. Von unserem technischen Zentrum in Amsterdam aus kümmert sich unser Team um alles – von der anfänglichen Legierungsauswahl und der automatisierten Erstellung von Werkzeugwegen bis hin zur thermischen Echtzeitüberwachung und der Nachverfolgung der abschließenden Qualifizierung.

Unternehmen, die eine aktuelle Projektkalkulation, eine Prüfung der baulichen Machbarkeit oder die sofortige Fertigung von Bauteilen benötigen, werden gebeten, eine Anfrage über die unten aufgeführten speziellen Kanäle zu stellen:

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