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09.04.2024
Lightweight Trend
News
WAAM gegen Druckguss in der Automobilindustrie?
Das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen Druckgussverfahren leichtere und steifere Komponenten. Zu dem Schluss kommt ein Automobilhersteller, der die Verfahren in Testläufen am Beispiel der Federbeinstütze gegenüberstellt.
Makroaufnahme eines Bauteils, das mittels WAAM-Technologie hergestellt wurde.
Beim Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) wird als Ausgangsmaterial ein Draht („Wire“), etwa aus Aluminium, durch einen Lichtbogen („Arc“) zum Schmelzen gebracht.
Ein Roboter legt software-gesteuert viele Schweißnähte aufeinander, bis das Bauteil fertig gestellt ist. Weil durch den „Druck“ Lage für Lage nicht auf die Entformbarkeit aus einem Werkzeug geachtet werden muss, sind auch hohle Strukturen mit einem optimalen Verhältnis zwischen Steifigkeit und Gewicht möglich.
Dadurch können die Komponenten leichter und steifer ausfallen als vergleichbare Teile, die aktuell in der Serie beispielsweise im Druckgussverfahren gefertigt werden. Zudem lasse sie sich durch einen geringeren Energiebedarf sowie weniger Materialabfall nachhaltiger produzieren.
Ein Roboter legt software-gesteuert viele Schweißnähte aufeinander, bis das Bauteil fertig gestellt ist. Weil durch den „Druck“ Lage für Lage nicht auf die Entformbarkeit aus einem Werkzeug geachtet werden muss, sind auch hohle Strukturen mit einem optimalen Verhältnis zwischen Steifigkeit und Gewicht möglich.
Dadurch können die Komponenten leichter und steifer ausfallen als vergleichbare Teile, die aktuell in der Serie beispielsweise im Druckgussverfahren gefertigt werden. Zudem lasse sie sich durch einen geringeren Energiebedarf sowie weniger Materialabfall nachhaltiger produzieren.
Für große Komponenten aus Karosserie, Antrieb und Fahrwerk
Durch die große Breite und Höhe einer einzelnen Schweißnaht können Bauteile durch WAAM besonders schnell hergestellt werden. Im Unterschied zum Laserstrahlschmelzen eignet sich WAAM besonders für große Komponenten. Die typischen Wandstärken passen gut zu Komponenten in den Bereichen Karosserie, Antrieb und Fahrwerk. Aber auch Werkzeuge und Vorrichtungen lassen sich in diesem Hightech-Verfahren herstellen, das auch in der Luftfahrt-Industrie eingesetzt wird.WAAM-Verfahren vs. Aluminium-Druckguss
Die BMW Group erprobt dieses Verfahren am „Additive Manufacturing Campus“ in Oberschleißheim. Seit 2015 beschäftigen sich Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Autombilherstellers mit dem WAAM-Verfahren, welches auf dem Auftragsschweißen basiert. Seit 2021 wird dort eine WAAM-Zelle für die Fertigung von Erprobungsbauteilen genutzt. Eine dieser Beispielanwendungen ist eine Federbeinstütze, die in ausgiebigen Testläufen auf dem Prüfstand mit dem Serienbauteil aus Aluminium-Druckguss verglichen wird.
(v.l.n.r.) Jens Ertel, Leiter BMW Additive Manufacturing, und KarolVirsik, Leiter BMW Group Forschung Fahrzeug„Bereits in dieser frühen Phase der Technologiebefähigung steht fest, dass das WAAM-Verfahren zu geringeren Emissionen im Produktionsprozess führen kann. Die Bauteile können durch ihr geringeres Gewicht, ihre günstige Materialeinsatzquote und die Möglichkeit, Grünstrom zu verwenden, effizienter produziert werden“, sagt Jens Ertel, Leiter BMW Additive Manufacturing. Der nächste Entwicklungsschritt auf dem Weg zur Serienreife seien die Erprobungen von Bauteilen im Fahrzeug.
Die Schweißnähte im WAAM-Verfahren sorgen dafür, dass die Oberflächen der Bauteile nicht glatt, sondern leicht wellig ausfallen und in entscheidenden Bereichen fertigbearbeitet werden müssen. Die WAAM-Bauteile ließen sich aber auch ohne Nachbehandlung der Oberfläche für hohe, auch zyklische, Belastungen einsetzen. Um die Haltbarkeit direkt aus der Fertigung heraus zu gewährleisten, sind die Prozessparameter entscheidend: Die Kombination aus Schweißprozess und Roboterbahnplanung muss gut aufeinander abgestimmt werden.
Die Schweißnähte im WAAM-Verfahren sorgen dafür, dass die Oberflächen der Bauteile nicht glatt, sondern leicht wellig ausfallen und in entscheidenden Bereichen fertigbearbeitet werden müssen. Die WAAM-Bauteile ließen sich aber auch ohne Nachbehandlung der Oberfläche für hohe, auch zyklische, Belastungen einsetzen. Um die Haltbarkeit direkt aus der Fertigung heraus zu gewährleisten, sind die Prozessparameter entscheidend: Die Kombination aus Schweißprozess und Roboterbahnplanung muss gut aufeinander abgestimmt werden.
Fertigungsverfahren können sich ergänzen
Die verschiedene additive Fertigungsverfahren stehen nicht zwangsläufig miteinander im Wettbewerb, sondern seien als Ergänzung zueinander zu sehen. Für hohe Detailauflösung werde etwa das Laserstrahlschmelzen auch künftig Vorzüge gegenüber dem WAAM-Verfahren bieten. In Bezug auf die mögliche Größe des Bauteils und die Auftragsrate sei dagegen das Wire Arc Additive Manufacturing überlegen, folgert der Automobilhersteller.Perspektivisch sei ein Einsatz von Bauteilen in Serienfahrzeugen der BMW Group vorgesehen. Denkbar sei, einzelne Bauteile mit diesem Verfahren direkt am Montageband zu produzieren und ohne neue Werkzeuge, allein durch Änderungen der Software, verschiedene Teile zu fertigen. Zudem lasse sich auch die Nachhaltigkeit durch vermehrten Einsatz von recycelten Metallen noch weiter steigern.
