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Warum ist WAAM besser als Gießen und Schmieden?
Die Draht-Lichtbogen-Additive Fertigung (WAAM) ist eine Technologie zum Drucken von Metall, mit der sich festere, schneller hergestellte und nachhaltigere Bauteile erzielen lassen. Sie erfüllt die Anforderungen von Unternehmen und Branchen weltweit, die eine zuverlässige, effiziente und skalierbare Drucklösung rund um die Uhr sowie einen vollständig kontrollierten und überwachten Projektablauf und Druckprozess benötigen. Die schnellere Umsetzung ist ein entscheidender Vorteil, durch den sich WAAM gegenüber Guss- und Schmiedeverfahren durchsetzt, die traditionellere Methoden der additiven Fertigung darstellen. Da WAAM den Bedarf an speziellen Werkzeugen und lange Vorlaufzeiten fast vollständig eliminiert, kann es funktionsfähige Metallteile innerhalb von Tagen statt Wochen liefern und so die Prototypenentwicklung, die Markteinführungszeit und Reparaturen vor Ort drastisch beschleunigen.
Darüber hinaus bietet WAAM erhebliche Vorteile in Situationen, in denen herkömmliche Fertigungsmethoden hinsichtlich Kosten, Vorlaufzeiten oder Flexibilität an ihre Grenzen stoßen. So haben wir beispielsweise ein Laufrad aus Bronze wesentlich schneller und präziser gedruckt, als dies mit Guss- oder Schmiedeverfahren möglich gewesen wäre. Was die Vorlaufzeiten betrifft, so ermöglichte die WAAM-Technologie bei diesem Projekt eine sehr schnelle Fertigung, wodurch ein deutlich kürzerer Zeitrahmen und folglich eine kurze Vorlaufzeit erreicht wurden. Was die Zahlen angeht, so betrug die WAAM-Druckdauer für dieses Projekt einen Monat, im Gegensatz zu den bei Guss- und Schmiedeverfahren üblichen Vorlaufzeiten von 6 bis 8 Monaten. Unternehmen wissen, wie wichtig zeitsparende Verfahren sind, insbesondere wenn es um die Projektabwicklung, Kapitalinvestitionen und nachfolgende Schritte geht, die darauf abzielen, unnötige Überschläge und Komplexität zu vermeiden – all dies lässt sich durch den Einsatz der WAAM-Technologie und der speziellen MetalXL-Software gelöst werden können.
Wann sollte man additive Fertigung einsetzen und wie wählt man die beste Technologie aus?
Bei der additiven Fertigung mittels Lichtbogenverfahren kann ein Erstmuster innerhalb von 2 bis 4 Wochen geliefert werden, während beim Sandguss in der Regel 16 bis 24 Wochen für den Werkzeugbau, den Guss, die Reinigung und die Bearbeitung benötigt werden (je nach Bauteil). Wenn die Kosten für Ausfallzeiten die Herstellungskosten übersteigen, wird WAAM zur wirtschaftlichsten Option. Diese Kostenersparnis gilt insbesondere für Unternehmen, die einen kontinuierlichen und konstanten Druckbedarf haben, da dieses Druckverfahren eine deutlich spürbare Zeit- und Kostenersparnis garantiert und sich für die meisten Druckprojekte als die beste Lösung erweist.
Auch wenn wir uns bewusst sind, dass traditionelle Verfahren für bestimmte Projekte oder Anforderungen eingesetzt werden können, bleibt die WAAM-Technologie eine deutlich effizientere, flexiblere und effektivere Lösung. Diese Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der Technologie sind entscheidende Faktoren bei der Entscheidung für dieses Druckverfahren bei komplexen Projekten und Geometrien. WAAM ermöglicht es Unternehmen, ihre Druckanforderungen in bestimmten Situationen optimal zu erfüllen und komplexe Teile mit deutlich höherer Präzision und weniger Materialverschwendung zu drucken – alles Eigenschaften, die eine Kontinuität im Arbeitsablauf gewährleisten, die andere Verfahren nicht bieten können. Dies ist auch der Möglichkeit zu verdanken, auf mehreren Achsen zu drucken und vor allem rund um die Uhr zu produzieren, wobei alles über unsere fortschrittliche, speziell für WAAM entwickelte Software MetaXL gesteuert wird.
Die Software gewährleistet die vollständige Kontrolle über alle Parameter und den gesamten Arbeitsablauf und ermöglicht gleichzeitig die individuelle Anpassung aller Prozesseinstellungen und Druckschritte, die erforderlich sind, um vom Start des Druckvorgangs an einen sauberen, präzisen und effizienten Druck zu gewährleisten. Durch dynamische Sensoren zur kontinuierlichen Steuerung und Überwachung werden eine verbesserte Leistung und Produktivität erzielt.
WAAM vs. Guss vs. Schmieden: Ein direkter Vergleich
Die folgenden Tabellen fassen die wichtigsten Unterschiede zwischen WAAM und herkömmlichen Fertigungsverfahren zusammen. Diese Werte spiegeln die typische Leistungsfähigkeit von MX3D sowie branchenübliche Normen, Qualitäts- und Produktionsstandards wider.
Tabelle 1
| Faktor | WAAM (Draht-Lichtbogen-Additive Fertigung) | Sandguss | Feinguss | Schmieden |
|---|---|---|---|---|
| Lieferzeit (Erstmuster) | 2 bis 4 Wochen | 10 bis 16 Wochen | 12 bis 20 Wochen | 14 bis 24 Wochen |
| Erforderliche Werkzeuge | Keine | Muster und Formen | Wachsmodelle und Keramikformen | Dies |
| Werkzeugkosten | €0 | 8.000 € bis 60.000 € | 15.000 € bis 120.000 € | 60.000 € bis 500.000 € |
| Mindestbestellmenge | 1 | 10 bis 50 | 50 bis 100 | |
| Teile-Größenbereich | Bis zu 6,5 Meter | Bis zu 5 Meter | Bis zu 1 Meter | Bis zu 3 Meter |
| Abscheidungsrate | 3 bis 12 kg pro Stunde (Stahl) | Nicht zutreffend | Nicht zutreffend | Nicht zutreffend |
| Materialausnutzung | 85 bis 92 Prozent | 60 bis 70 Prozent | 85 bis 95 Prozent | 50 bis 60 Prozent |
Tabelle 2
| Faktor | WAAM (Draht-Lichtbogen-Additive Fertigung) | Sandguss | Feinguss | Schmieden |
|---|---|---|---|---|
| Oberflächenbeschaffenheit (im Auslieferungszustand) | 30 bis 45 Mikrometer | Ra 12 bis 25 Mikrometer | Ra 3 bis 6 Mikrometer | 6 bis 12 Mikrometer |
| Mechanische Eigenschaften | Vergleichbar mit geschmiedetem oder gewalztem Material nach der Wärmebehandlung | minderwertiger als Schmiedestahl | Variable | Hervorragend dank des Faserverlaufs |
| Kosten für Konstruktionsänderungen | Nur Software-Update | Neue Muster und Formen | Neue Werkzeuge aus Wachs und Keramik | Neue Stanzformen |
| Nachbearbeitung | CNC-Bearbeitung und Wärmebehandlung | Reinigung und Bearbeitung | Minimaler Bearbeitungsaufwand | Bearbeitung |
| Am besten geeignet für | Geringe Stückzahlen, große Teile, schnelle Lieferung | Mittlere bis hohe Stückzahlen, komplexe Formen | Hochpräzise, kleine bis mittelgroße Teile | Hochfeste Bauteile |
Diese Werte geben die typische Leistung wieder. Die tatsächlichen Ergebnisse variieren je nach Geometrie, Werkstoffsorte und Zertifizierungsanforderungen.
Wann sollte man WAAM dem Gießen oder Schmieden vorziehen? (Leitfaden zur Entscheidung zwischen WAAM, Schmieden und Gießen)
WAAM-Materialien: große Verfügbarkeit und Anpassungsfähigkeit
Wenn es um Materialien, die wir mit dieser Technologie zum Drucken verwenden können , ist ein weiterer sehr positiver Aspekt von WAAM, dass diese Drucktechnik praktisch für den Druck mit jeder Art von Schweißdraht, wie beispielsweise Legierungen, gewählt werden kann. Die Materialien werden bewertet und ausgewählt, um ein hohes Qualitätsniveau zu gewährleisten, indem Zertifizierungsstandards eingehalten werden, die Effizienz und Festigkeit garantieren und so die Gesamtqualität und Haltbarkeit des gedruckten Teils bei den verschiedenen verfügbaren Materialien sicherstellen. Die weit verbreiteten Schweißdrähte und der kontinuierliche Druckprozess, bei dem keine einzelnen Teile Schicht für Schicht verschmolzen werden, stellen sicher, dass das endgültige Druckteil voll funktionsfähig und für die vorgesehenen Zwecke einsatzbereit ist.
Kleinserienfertigung oder Einzelfertigung
Ein weiterer wichtiger Aspekt, in dem sich die WAAM-Technologie gegenüber anderen Verfahren auszeichnet und kürzere Vorlaufzeiten ermöglicht, ist die Tatsache, dass sie keine Werkzeuge und Formen erfordert und daher hinsichtlich der Schritte, die zum Starten und Überwachen des Druckvorgangs notwendig sind, unkomplizierter ist. Ein Beispiel für die Anwendung dieser Technologie und ihre Vorteile ist unser Projekt zum Druckrad aus Bronze, auf das im weiteren Verlauf des Textes näher eingegangen wird. Da bei diesem Verfahren keine Formen benötigt werden, entsteht weniger Materialabfall, was zu einer Senkung der Gesamtkosten des Projekts führt und eine sinnvollere Nutzung der Materialien und Ressourcen für jedes gedruckte Teil ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil ist, dass bei WAAM keine Werkzeuge benötigt werden, während beim Gießen Modelle und Formen und beim Schmieden Gesenke erforderlich sind – und diese Werkzeuge müssen erst entworfen, hergestellt und validiert werden, bevor das erste Teil produziert werden kann. Der geringere Bedarf an Erstmustern oder zusätzlichen Tests und Vorrichtungen führt zudem zu deutlich weniger Materialverschwendung und einem geringeren Bedarf an CNC-Bearbeitung (Fräsen). Bei Stückzahlen zwischen einem und zehn Teilen bietet WAAM in der Regel die niedrigsten Gesamtkosten, da keine Werkzeuge amortisiert werden müssen, und stellt somit die Option dar, für die sich Unternehmen entscheiden sollten.
Zudem ist die Kostenkurve für WAAM relativ variabel, da Arbeitsstunden, Bearbeitungszeit und Druckzeit alle von der Materialwahl, der Geometrie und der Komplexität des gedruckten Teils beeinflusst werden. Die Kosten pro Teil bleiben konstant, da der Prozess von der Ablagerungszeit, der Bearbeitungszeit und dem Materialverbrauch bestimmt wird. Beim Guss fallen aufgrund der Werkzeugkosten zunächst hohe Anfangskosten an, doch die Kosten pro Teil sinken mit steigendem Volumen rapide. Bei typischen MX3D-Bauteilen liegt die Gewinnschwelle zwischen WAAM und Guss je nach Geometrie und Komplexität bei 15 bis 40 Teilen.
Veraltete Teile, für die keine Werkzeuge mehr vorhanden sind: WAAM ist die Lösung für dieses Problem
Viele Altsysteme basieren auf Bauteilen, für die die ursprünglichen Formen oder Werkzeuge nicht mehr vorhanden sind. Die Neuanfertigung von Werkzeugen für ein einzelnes Ersatzteil ist selten wirtschaftlich. WAAM ermöglicht die Fertigung direkt auf Basis von 2D-Zeichnungen oder 3D-Scans und eignet sich daher ideal für Verteidigungsausrüstung, Turbinen zur Stromerzeugung, Schiffsantriebssysteme und Industriemaschinen mit langer Lebensdauer. Reverse Engineering in Kombination mit WAAM bietet einen praktischen Weg zur Wiederherstellung veralteter Bauteile, ohne dass teure Werkzeuge neu angefertigt werden müssen.
Designiteration und Prototypenentwicklung
Mit WAAM können Ingenieure Konstruktionen ändern, ohne dass neue Werkzeugkosten anfallen. Der Kostenvorteil besteht darin, dass eine Konstruktionsänderung lediglich ein Software-Update erfordert. Dadurch eignet sich WAAM besonders gut für die Prototypenerstellung großer Metallbauteile, das Testen verschiedener Konstruktionsvarianten und Komplexitätsgrade, die iterative Entwicklung topologieoptimierter Strukturen sowie die Überprüfung der Herstellbarkeit, bevor endgültig auf Guss- oder Schmiedeverfahren festgelegt wird.
Diese Technologie verändert den Produktionszeitplan und die Kostenstruktur großer Metallbauteile, indem sie viele der Einschränkungen beseitigt, die mit herkömmlichen Verfahren verbunden sind. Anstatt auf Formen, Matrizen oder Werkzeuge mit langen Vorlaufzeiten angewiesen zu sein, werden bei WAAM Teile direkt aus digitalen Modellen gefertigt, was die Entwicklungszyklen verkürzt und neue Gestaltungsmöglichkeiten eröffnet.
Wiederholbarkeit, Erstellung von Bauplänen, Druckgeschwindigkeit und geometrische Flexibilität bei WAAM
Mit WAAM lassen sich sich wiederholende Teile optimieren, indem eine einzige Bauvorlage erstellt und im gesamten Prozess wiederverwendet wird, wodurch sich wiederholende Tests und andere redundante Schritte entfallen. Dieser Ansatz erweist sich bei der Arbeit mit geometrieintensiven Konstruktionen als besonders vorteilhaft, da er die Herstellung komplexerer Bauteile in einem einzigen Druck ermöglicht. Anstatt mehrere Guss- oder Schmiedeteile zu fertigen und diese miteinander zu verschweißen, kann die gesamte Struktur als ein einziges integriertes Bauteil hergestellt werden, was die Effizienz, Präzision und die allgemeine strukturelle Integrität verbessert.
Darüber hinaus lassen sich mit WAAM-Systemen, wie beispielsweise mit MX3D Metal AM M1 und MX-Systemen , mehrere Schichten kontinuierlich drucken, ohne dass Teile verschweißt und getrennt werden müssen. Dieser entscheidende Aspekt der Technologie macht den Projektablauf besser kontrollierbar und schneller und sorgt für eine wesentlich stabilere, widerstandsfähigere und detailreichere Geometrie der Teile. Zudem werden unerwünschte Effekte und Unvollkommenheiten wie Blasenbildung vermieden, die bei anderen traditionellen Verfahren wie Gießen und Schmieden aufgrund der Verbindung verschiedener Teile auftreten können, die bei Kontakt mit der Luft verschmelzen.
Dank der Fachkompetenz und der nachverfolgbaren, sauberen und vertrauenswürdigen Anwendungsbeispiele in Verbindung mit umfangreicher Forschung und Entwicklung eröffnet die MX3D-WAAM-Technologie neue Möglichkeiten für verschiedene Unternehmen und Branchen, die einen zuverlässigen Lieferanten für ein fertiges Druckprodukt mit kurzen Lieferzeiten, weniger Materialverschwendung, mehr Kontrolle über den gesamten Prozess und höherer Detailgenauigkeit suchen.
Druckgeometrie: MX3D-Projekte mit unterschiedlichen Herausforderungen und Komplexitätsgraden, aber derselben WAAM-Technologie
Ein Beispiel für einen schnellen und langlebigen Geometriedruck, den MX3D realisiert hat, ist das Bronze-Laufrad-Projekt . Der Druck des Laufrads ist einer der deutlichsten Beweise dafür, wie die WAAM-Technologie die Grenzen des Möglichen in der industriellen Fertigung verschiebt, und stellt eine schlüsselfertige Lösung dar.
Wir haben ein 350 Kilogramm schweres Laufrad aus Nickel-Aluminium-Bronze für das Kraftwerk Amercoeur von ENGIE hergestellt – ein Bauteil, dessen Herstellung im herkömmlichen Gussverfahren eine Vorlaufzeit von 6 bis 8 Monaten erfordern würde. Mithilfe des robotergestützten WAAM-Verfahrens wurde das gesamte Bauteil in 9 Tagen gedruckt, wobei unter Verwendung mehrerer qualifizierter Parametersätze eine durchschnittliche Abscheidungsrate von 3,2 Kilogramm pro Stunde erreicht wurde. Das Programm begann mit einer umfassenden Material- und Parametervalidierung an Testplatten, um die mechanische Leistungsfähigkeit und Wiederholbarkeit sicherzustellen, was für ein sicherheitskritisches rotierendes Bauteil unerlässlich ist. Nach der Validierung lieferte das WAAM-Verfahren eine nahezu endkonturgenaue Geometrie mit drastisch reduziertem Materialabfall und einer vollständig rückverfolgbaren digitalen Bauaufzeichnung. Dieser Fall ist nicht nur wegen der Größe und Komplexität des Bauteils von Bedeutung, sondern auch, weil er eine der ersten operativen Installationen eines großen, kritischen, mittels WAAM hergestellten Bauteils im Energiesektor darstellt. Er zeigt, wie WAAM Vorlaufzeiten verkürzen, die Abhängigkeit von Gusswerkzeugen verringern und die schnelle Produktion von missionskritischen Bauteilen ermöglichen kann, die andernfalls durch traditionelle Lieferketten behindert würden.
Ein Beispiel für komplexe Geometrien, die durch die WAAM-Technologie ermöglicht werden, ist hingegen das BMW-Automobilprojekt, bei dem MX3D an der Herstellung eines Federbeinstützsystems in einem einzigen Druckvorgang mitgewirkt hat. Das Ergebnis spricht für sich: kürzere Lieferzeiten, stabilere Geometrie und eine schlankere Lieferkette. Auch wenn diese Teile eine hohe Komplexität aufwiesen und ein mehrachsiger Druck erforderlich war, wurde dies von den MX3D Metal AM M-Systemen und der MetalXL WAAM-Software sowie dank des Fachwissens und des kosteneffizienten Materialeinsatzes problemlos bewältigt.
Die BMW Group hat gezeigt, dass WAAM die Serienqualität im Automobilbau gewährleisten kann, indem sie mithilfe eines M1-Systems und des MetalXL-Workflows von MX3D Strukturbauteile herstellte, die die geforderte zyklische Belastbarkeit ohne vollständige Nachbearbeitung der Oberfläche erreichen. Durch die sorgfältige Entwicklung der Schweißparameter, der Roboterbahnplanung und der Prozessüberwachung entstanden Teile, die sowohl leichter als auch steifer waren als vergleichbare Druckgusskomponenten, während gleichzeitig Materialabfall und Energieverbrauch reduziert wurden. Das Programm kombinierte gezielte metallurgische Validierung, Rückverfolgbarkeit während des Prozesses und selektive Nachbearbeitung, um wiederholbare mechanische Leistungsmerkmale in großem Maßstab zu erzielen, und zeigte damit, dass WAAM für anspruchsvolle Automobilanwendungen den Sprung vom Prototypenbau in die Serienproduktion schaffen kann.
WAAM vs. Gießen vs. Schmieden im Vergleich: Wo die WAAM-Technologie überzeugt
- WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) liefert Bauteile in der Regel innerhalb weniger Wochen. Beim herkömmlichen Guss- oder Schmiedeverfahren sind oft mehrere Monate erforderlich, da zunächst die Werkzeuge entworfen, die Formen hergestellt und wiederholte Anpassungen vorgenommen werden müssen, bevor die Produktion überhaupt beginnen kann.
- Mit WAAM sind keine speziellen Werkzeuge mehr erforderlich. Herkömmliche Verfahren sind auf teure Formen und Matrizen angewiesen, deren Herstellung viel Zeit und Geld kostet, insbesondere bei großen oder komplexen Geometrien.
- WAAM trägt Material nur dort auf, wo es benötigt wird, und erzielt so nahezu endkonturgenaue Bauteile mit einer Materialausnutzung von rund 90 %. Guss- und Schmiedeteile erfordern in der Regel eine umfangreiche Nachbearbeitung, was zu erheblichen Materialabfällen führt und sowohl die Kosten als auch die Umweltbelastung erhöht.
- WAAM ermöglicht Geometrien und Komplexitäten, die mit Formen nur schwer oder gar nicht realisierbar sind, wie beispielsweise Hohlprofile, innere Strukturen oder topologieoptimierte Strukturen. Herkömmliche Verfahren sind durch Formtrennlinien, Entformungsschrägen und andere geometrische Einschränkungen begrenzt.
Während Gießen und Schmieden in einigen spezifischen technischen und wirtschaftlichen Aspekten eine ideale Alternative zu WAAM darstellen können, ist WAAM bei bestimmten Anwendungen und Eigenschaften die beste Druckoption. Insbesondere fällt der Vergleich zwischen WAAM und Schmieden zugunsten von WAAM aus, wenn die Vorlaufzeit für die Werkzeugherstellung und die Vorlaufkosten für die Formen die Einsparungen beim Stückpreis überwiegen.
WAAM vs. Gießen/Schmieden: Ein kurzer Vergleich
| Herausforderung | Warum Gießen/Schmieden die Nase vorn hat | Wenn WAAM noch funktioniert |
| Identische Teile in großen Stückzahlen | Niedrige Stückkosten nach Abschreibung der Werkzeuge | Kürzere Vorlaufzeit für erste Chargen; ideal für sich weiterentwickelnde Designs oder Pilotproduktionen |
| Hervorragende Oberflächenbeschaffenheit | Beim Feinguss werden Oberflächenrauheiten von 3–6 μm im Gusszustand erzielt | WAAM + gezielte CNC-Endbearbeitung reduziert den Gesamtbearbeitungsaufwand für große, nicht kritische Oberflächen |
| Dünne Wände / feine Details | Gussverfahren und Pulverbettfusion ermöglichen die Darstellung von Details im Sub-mm-Bereich | WAAM eignet sich für mittelgroße bis große Teile; kombinieren Sie es mit Zerspanung oder Guss-Einsätzen für feine Details |
Großserienfertigung (100 oder mehr identische Teile)
Bei langen, stabilen Produktionsserien, bei denen sich die Werkzeugkosten auf viele Einheiten verteilen, bieten Guss- und Schmiedeverfahren in der Regel die niedrigsten Stückkosten und vorhersehbare Durchlaufzeiten. WAAM kann dennoch zu Beginn eines Projekts eine sinnvolle Wahl sein, da es die Vorlaufzeit für Werkzeuge und versunkene Kosten eliminiert und so eine schnelle Prototypenentwicklung, Pilotchargen und die Designvalidierung ermöglicht, bevor man sich auf Press- oder Gussformen festlegt. In Situationen, in denen die Nachfrage ungewiss ist oder sich die Konstruktionen weiterentwickeln werden, kann der Einsatz von WAAM für die ersten paar Dutzend bis zu einigen hundert Teilen das Risiko und den Kapitalaufwand reduzieren, während die Wirtschaftlichkeit herkömmlicher Werkzeuge bestätigt wird. Selbst wenn die Stückzahlen letztendlich für Guss oder Schmieden sprechen, verkürzt ein hybrider Ansatz – WAAM für die ersten Serien, dann Umstellung auf Guss/Schmieden – oft die Markteinführungszeit und senkt das Gesamtprogrammrisiko.
Teile, die eine außergewöhnliche Oberflächenqualität erfordern
Feinguss und Schmieden ergeben feine Gussoberflächen, die bei vielen funktionalen Flächen den Nachbearbeitungsaufwand minimieren. WAAM-Teile erfordern in der Regel eine intensivere Oberflächenbearbeitung, um Ra-Werte zu erreichen, die mit denen des Feingusses vergleichbar sind; dies schließt ihren Einsatz jedoch nicht aus: Durch die Kombination gezielter CNC-Nachbearbeitung an kritischen Oberflächen mit den gedruckten, nicht kritischen Bereichen kann WAAM die funktionalen Anforderungen erfüllen und gleichzeitig Bearbeitungszeit für das gesamte Teil einsparen. Zusätzliche Nachbearbeitungen wie lokales Fräsen, Kugelstrahlen oder Oberflächenbeschichtungen können wichtige Merkmale in Toleranz bringen, ohne das gesamte Bauteil nachbearbeiten zu müssen. Für Anwendungen, bei denen nur wenige Flächen eine hohe Oberflächengüte erfordern, kann WAAM in Kombination mit selektiver Nachbearbeitung ein effizienter Kompromiss sein.
Dünnwandige oder ultrafeine Strukturen
Aufgrund der Geometrie der WAAM-Perlen und der prozessbedingten Einschränkungen ist der direkte Druck von Wänden mit einer Dicke im Submillimeterbereich und von komplexen inneren Kanälen schwierig, sodass Feinguss und Pulverbettfusion für diese feinen Details nach wie vor besser geeignet sind. WAAM bleibt durch eine Anpassung des Designansatzes dennoch praktikabel: Drucken Sie das große Strukturvolumen mit WAAM und integrieren Sie dünnwandige Einsätze, gegossene Teilkomponenten oder PBF-gefertigte Module für die filigranen Merkmale. Alternativ können Sie dünne Abschnitte aus dem gedruckten Material zerspanen oder bei Bedarf gelötete oder verschraubte Hülsen hinzufügen, wodurch die Vorteile von WAAM hinsichtlich Größe und Festigkeit erhalten bleiben, während die ultrafeine Geometrie an dafür optimierte Verfahren delegiert wird.
Umfassendere Vorteile, die in vielen konkreten Projekten den Ausschlag zugunsten von WAAM geben
Die Stärken von WAAM – schnelle Iteration, geringe Vorlaufkosten für Werkzeuge, die Fähigkeit zur Herstellung sehr großer Bauteile sowie die hervorragende Eignung für Reparaturen und Sanierungen – machen das Verfahren in vielen praktischen Anwendungsfällen zur richtigen Wahl, selbst wenn herkömmliche Methoden es in bestimmten Kennzahlen übertreffen. Für große Strukturkomponenten, die die Größengrenzen von Guss- oder PBF-Verfahren überschreiten, für Reparaturen vor Ort, die den Ausbau von Bauteilen und lange Logistikketten vermeiden, oder für Programme, bei denen Geschwindigkeit und Flexibilität Vorrang vor den absoluten Stückkosten bei großem Umfang haben, bietet WAAM oft einen entscheidenden Mehrwert. Durch die Kombination von WAAM mit gezielter Bearbeitung, Einsätzen oder hybriden Baugruppen können Teams das Beste aus beiden Welten nutzen: die geometrischen und wirtschaftlichen Vorteile der additiven Fertigung sowie die Oberflächenqualität und die Detailgenauigkeit traditioneller Verfahren.
WAAM vs. Guss/Schmieden: Daten aus einem realen Projekt (MX3D-Laufrad-Projekt)
Der folgende Vergleich verdeutlicht die typischen Vorteile von WAAM bei Bauteilen mit geringen Stückzahlen und hohem Wert, bei denen Werkzeugkosten und Vorlaufzeiten die Entscheidung maßgeblich beeinflussen. Ob es nun um den Vergleich zwischen WAAM und Schmieden oder zwischen WAAM und Gießen geht – die nachstehenden Daten zeigen die Vorteile, den geringeren Zeitaufwand und die Kosteneinsparungen, die durch den Einsatz von WAAM anstelle herkömmlicher Fertigungsverfahren erzielt werden können.
| Faktor | WAAM (Projekt „Gedruckte Laufräder“) | Traditionelles Gießen/Schmieden | Verbesserung |
|---|---|---|---|
| Lieferzeit | 1 Monat | 6–8 Monate | ≈83–87 % schneller |
| Werkzeuge / Formen | Nicht erforderlich | Teure Formen + lange Werkzeugbauzeit | 100 %ige Vermeidung von Werkzeugkosten |
| Materialabfall | Nahezu endkonturiert (~10–20 % Verschnitt) | Schwere Zerspanung + Anguss (50–90 % Ausschuss) | ≈60–80 % weniger Abfall |
| Kosten | Keine Formen, weniger maschinelle Bearbeitung; typische WAAM-Einsparungen von 30–50 % | Hohe Werkzeugkosten + lange Bearbeitungszeit | ≈30–50 % Kostensenkung |
| Gestaltungsfreiheit | Komplexe, hohle, optimierte Geometrien sind möglich | Durch die Formgeometrie begrenzt | Deutlich mehr Gestaltungsfreiheit |
Wenn traditionelle Fertigung immer noch besser ist
Gießen und Schmieden sind nach wie vor unverzichtbare Fertigungsverfahren. In manchen Fällen stellen sie eine geeignetere Wahl dar als WAAM.
Großserienfertigung von 100 oder mehr identischen Teilen
Sobald sich die Werkzeugkosten über Hunderte von Teilen amortisiert haben, ist der Guss deutlich kostengünstiger als das WAAM-Verfahren. In der Serienfertigung bietet der Guss in Kombination mit CNC-Bearbeitung in der Regel die niedrigsten Stückkosten. Auch das Schmieden ist bei hochfesten Bauteilen, die in großen Stückzahlen hergestellt werden, äußerst wettbewerbsfähig.
Teile, die eine besondere Oberflächenbeschaffenheit erfordern
Beim Feinguss werden direkt nach dem Guss Oberflächenrauheitswerte von Ra 3 bis 6 Mikrometer erreicht. Beim WAAM-Verfahren liegen die Werte bei Ra 30 bis 45 Mikrometer, und für jede funktionale Oberfläche ist eine CNC-Bearbeitung erforderlich. Wenn ein Bauteil enge Toleranzen auf allen Oberflächen erfordert, kann der Bearbeitungsaufwand beim WAAM-Verfahren den Vorteil der Fertigung in nahezu endgerechter Form übersteigen. In diesen Fällen sind Feinguss oder Schmieden effizienter.
Dünnwandige oder ultrafeine Strukturen
WAAM weist eine Mindestwandstärke von etwa 5 Millimetern auf. Das Verfahren eignet sich nicht für Strukturen im Submillimeterbereich oder komplexe innere Kanäle. In diesen Bereichen sind Feinguss und Pulverbettfusion die besseren Optionen. WAAM eignet sich am besten für mittelgroße bis große Teile mit mäßiger geometrischer Komplexität.
Das Beste aus beiden Welten: Hybridfertigung
Bei der hybriden Fertigung werden WAAM-Verfahren mit traditionellen Verfahren kombiniert, um eine optimale Leistung und Kosteneffizienz zu erzielen. Mit WAAM lassen sich Merkmale an Guss- oder Schmiedeteilen anbringen. Dies ist besonders nützlich bei großen Flanschen, Ventilkörpern, Strukturknotenpunkten und druckbeaufschlagten Bauteilen.
WAAM eignet sich auch hervorragend zur Reparatur oder Aufarbeitung bestehender Guss- oder Schmiedeteile. Das Material kann genau dort aufgebracht werden, wo es benötigt wird, wodurch die Lebensdauer hochwertiger Teile verlängert wird.
Eine weitere hybride Strategie besteht darin, WAAM für die Prototypenentwicklung und die frühe Produktionsphase zu nutzen und nach Fertigstellung des Designs auf den Guss für die Serienfertigung umzusteigen. Dies verringert das Risiko und verkürzt die Markteinführungszeit.
Fallstudie: Guss vs. Schmieden – WAAM in der Praxis
Die folgende Fallstudie veranschaulicht die praktischen Auswirkungen von WAAM im Vergleich zum herkömmlichen Gussverfahren. Diese Werte sind repräsentativ für typische Ergebnisse von MX3D-Projekten.
| Metrisch | Traditionell (Guss) | MX3D WAAM |
|---|---|---|
| Teil | Pumpenlaufrad aus Edelstahl | Derselbe Teil |
| Material | 316L | 316L |
| Lieferzeit | 18 Wochen | 3,5 Wochen |
| Werkzeuge | 32.000 € für Schnittmuster | €0 |
| Materialverschwendung | 62 Prozent | 14 Prozent |
| Metrisch | Traditionell (Guss) | MX3D WAAM |
|---|---|---|
| Mechanische Eigenschaften | UTS 520 MPa | UTS 610 MPa nach der Wärmebehandlung |
Dieser Vergleich verdeutlicht die typischen Vorteile von WAAM bei Komponenten mit geringen Stückzahlen und hohem Wert, bei denen Werkzeugkosten und Vorlaufzeiten ausschlaggebend für die Entscheidung sind.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Ist WAAM widerstandsfähiger als Guss und Schmiedeteile?
WAAM-Teile können die mechanischen Eigenschaften von Gussteilen erreichen oder sogar übertreffen, und der Vergleich zwischen WAAM und Schmieden ist bei vielen Legierungen ebenso überzeugend. MX3D WAAM 316L erreicht nach der Wärmebehandlung typischerweise Werte für die Zugfestigkeit zwischen 600 und 650 MPa, verglichen mit etwa 520 MPa bei gegossenem 316L. Die tatsächliche Leistung hängt von der Materialgüte, den Prozessparametern und der Nachbearbeitung ab.
Ist WAAM kostengünstiger als Gießen und Schmieden?
Bei Stückzahlen zwischen einem und zehn Teilen ist WAAM in der Regel kostengünstiger, da keine Investitionen in Werkzeuge erforderlich sind. Der Kostenvorteil von WAAM gegenüber dem Schmieden zeigt sich besonders deutlich bei Kleinserien, da Schmiedewerkzeuge zwischen 60.000 € und 500.000 € kosten können. Bei Stückzahlen über fünfzig identischen Teilen wird der Guss aufgrund der Amortisation der Werkzeuge kostengünstiger. Die Gewinnschwelle für typische MX3D-Bauteile liegt zwischen 15 und 40 Teilen.
Können WAAM-Teile nach denselben Standards zertifiziert werden wie Gussteile?
Ja. MX3D-WAAM-Teile sind nach den Normen DNV, ASME, PED und API 20S zertifiziert . Dies sind dieselben Zertifizierungen, die für Guss- und Schmiedeteile in den Bereichen Energie, Schifffahrt und Verteidigung erforderlich sind.
Welche Oberflächenbeschaffenheit erzeugt WAAM?
WAAM fertigt ein „Near-Net-Shape“-Bauteil mit einer Oberflächenrauheit zwischen Ra 30 und 45 Mikrometern. Bei den meisten Anwendungen ist eine CNC-Bearbeitung der funktionalen Oberflächen erforderlich. MX3D baut in der Regel mit einem Bearbeitungsaufmaß von 2 bis 3 Millimetern.
