WAAMSim – Simulationsgestützte Verzugsbeherrschung beim WAAM

Das Forschungsprojekt WAAMSim setzt sich zum Ziel, die wirtschaftliche Fertigung von qualitativ hochwertigen Bauteilen mittels Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) für Aluminium- und Titanbauteile zu qualifizieren. Zusammen mit den Projektpartnern soll die Prozessfähigkeit, die Zuverlässigkeit und die Wirtschaftlichkeit des WAAM derart gesteigert werden, dass das Verfahren für den industriellen und kommerziellen Einsatz geeignet ist.

Motivation

Beim WAAM werden dreidimensionale, metallische Bauteile durch das schichtweise Auftragen von Schweißbahnen gefertigt. Während dem Prozess entstehen durch die periodische Wärmezufuhr hohe Temperaturgradienten im Bauteil, die wiederum in Eigenspannungen und Verzügen resultieren. Diese unerwünschten Deformationen des Bauteils dürfen gegebene Toleranzanforderungen nicht überschreiten.

Zielsetzung und Vorgehen

Im Rahmen des Forschungsprojektes WAAMSim gilt es, die Auswirkungen von Prozess- und Umgebungsparametern beim WAAM auf die resultierenden Bauteileigenschaften zu verstehen und anschließend in einem Simulationsmodell abzubilden. Dadurch können die Ausprägungen von thermisch induzierten Eigenspannungen und Verzügen prognostiziert werden. Die Modelle werden somit eine simulationsgestützte Prozessgestaltung mit dem Ziel ermöglichen, geeignete Prozessparameter abzuleiten, die zu einem maßhaltigen Bauteil mit den gewünschten mechanischen Eigenschaften führen. Dadurch wird der Nachbearbeitungsaufwand minimiert und die Vorhersagbarkeit der Bauteilgeometrie bis zum Ziel einer „First-Time-Right“-Fertigung von komplexen Komponenten erreicht. Die Wirtschaftlichkeit des WAAM wird hierdurch gesteigert, da die einzelnen Iterationsschritte zum Erreichen der maßhaltigen Bauteilgeometrie innerhalb der Simulationsumgebung durchgeführt werden.