Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) is uitgegroeid tot meer dan alleen een middel om kosten te besparen; het is een krachtige factor geworden die onbeperkte ontwerpvrijheid biedt voor zware industriële componenten. In dit whitepaper wordt uiteengezet hoe het laag voor laag aanbrengen van materiaal door robots de fysieke beperkingen van subtractieve bewerking en gieten wegneemt, waardoor ingenieurs ontwerpen kunnen maken die uitsluitend gericht zijn op structurele prestaties in plaats van op fabricagegemak. Aan de hand van praktijkvoorbeelden, zoals de ENGIE-waaier en de BMW-veerpoot, wordt in dit document gedetailleerd beschreven hoe topologie-optimalisatie, de principes van Design for Additive Manufacturing (DfAM) en geavanceerde software die een brug slaat tussen verschillende processen, zorgen voor een betere materiaalefficiëntie, onderdeelconsolidatie en mogelijkheden voor het gebruik van meerdere materialen.
Belangrijkste bevindingen:
- Extreme materiaalefficiëntie: Bij traditionele subtractieve methoden ligt de Buy-to-Fly (BTF)-verhouding vaak op maar liefst 20:1, maar WAAM brengt deze verhouding terug tot 1,2:1. De 350 kg zware ENGIE-waaier illustreert dit perfect: in plaats van een massief blok van 2.500 kg te gebruiken, heeft WAAM slechts 500 kg materiaal aangebracht, waardoor meer dan 2.000 kg afval werd vermeden en het printproces in slechts 9 dagen werd voltooid.
- Onbeperkte geometrieën: Door zonder matrijzen te werken zijn variabele wanddiktes, complexe interne koelkanalen en zelfdragende constructies mogelijk (met overhangen tot 60 graden). Het maakt ook het printen met meerdere materialen mogelijk, waardoor ingenieurs de eigenschappen binnen één monoblokcomponent op maat kunnen afstemmen, zoals een ER70-basis met een bekleding van Inconel 625.
- Deel: Consolidatie en duurzaamheid: De casestudy over de veerpootsteun van BMW laat zien hoe WAAM complexe assemblages kan samenvoegen tot sterk geoptimaliseerde afzonderlijke onderdelen. Deze samengevoegde onderdelen zijn bestand tegen hoge cyclische belastingen zonder dat ze volledig nagefreesd hoeven te worden, terwijl de productie-emissies en het gewicht drastisch worden verlaagd.
- Ontwerpen voor WAAM (DfAM): Om de afzettingsefficiëntie te maximaliseren, moeten ingenieurs hun ontwerpen afstemmen op de fysieke eigenschappen van de boog. Dit vereist het ontwerpen van doorlopende gereedschapspaden om een gelijkmatige warmteverdeling te behouden, het minimaliseren van starts en stops, het ontwerpen van horizontale gaten in de vorm van druppels en het handhaven van gelijkmatige wanddiktes.
- De softwarebrug: Om complexe CAD-ontwerpen om te zetten in produceerbare robotbaantrajecten zijn geavanceerde softwareplatforms zoals MetalXL nodig. MetalXL fungeert als een voorspellende besturingsengine die robotbaantrajecten optimaliseert om de ‘luchttijd’ te minimaliseren, rekening houdt met fysieke beperkingen inzake de naadbreedte en het printproces simuleert om thermische spanning of botsingen met de brander te voorkomen.
