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Lichtbogenbasierte additive Fertigung – Forschungsfelder und industrielle Anwendungen

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Additive Serienfertigung

Zusammenfassung

Lichtbogenschweißverfahren werden zunehmend zur additiven Fertigung von Metallbauteilen verwendet. Sie zeichnen sich durch verhältnismäßig hohe Abschmelzleistungen, geringe Bauraumbeschränkungen sowie niedrige Investitions- und Betriebskosten aus und sind daher für die Serienfertigung von Großstrukturen prädestiniert. Fortschritte im Bereich der Roboterprogrammierung, Pfadplanung sowie der Entwicklung energieärmerer Schweißprozesse lassen diese Verfahren zur additiven Fertigung zunehmend in den Fokus moderner Produktionsstrategien rücken.

Der Beitrag gibt einen Überblick über Forschungsschwerpunkte und Zukunftspotentiale von Lichtbogenschweißverfahren zur additiven Fertigung und stellt einige ausgewählte Beispiele des industriellen Einsatzes vor.

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Literatur

  1. Westinghouse Electric & Mfg Co.: Method of making decorative articles. Erfinder: Baker Ralph. Anmeldung: 12. Nov. US1533300 A.

    Google Scholar 

  2. Piehl, K. H.: Formgebendes Schweissen von Schwerkomponenten. In: Thyssen, Technische Berichte, (21, 1), 53–71.

    Google Scholar 

  3. Dickens, P. M.; Pridham, M. S.; Cob, R. C.; Gibson, I.:1992. Rapid prototyping using 3-D welding. In: Proceedings of the 3rd Symposium on Solid Freeform Fabrication, 977–991, 1989

    Google Scholar 

  4. Dan, H.: 4. Februar 2016. Arc Bicycle has 3D-printed steel frame created by TU Delft students and MX3D [online] [Zugriff am: 07.09.2017]. Verfügbar unter: https://www.dezeen.com/2016/02/04/arc-bicycle-3d-printed-steel-frame-amsterdam-tu-delft-mx3d/

  5. GEFERTEC GmbH: Unternehmenswebsite [online]. Verfügbar unter: http://www.gefertec.de/

  6. Zhang, H.; Xu, J.; Wang, G.: Fundamental study on plasma deposition manufacturing [online]. In: Surface and Coatings Technology, 171(1–3), 112–118. ISSN 02578972. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/S0257-8972(03)00250-0, 2003

    Article  Google Scholar 

  7. Robert, M.: Shape Deposition Manufacturing, Dissertation, Wien, Technischen Universität Wien, 1994

    Google Scholar 

  8. Reisgen, U.; Stein, L.: Grundlagen der Fügetechnik. Schweißen, Löten und Kleben. Düsseldorf: DVS Media GmbH. Fachbuchreihe Schweißtechnik. Band 161. ISBN 9783945023495, 2016

    Google Scholar 

  9. Ding, D.; Pan, Z.; Cuiuri, D.; Li, H.: Wire-feed additive manufacturing of metal components [online]. Technologies, developments and future interests. In: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 81(1–4), 465–481. ISSN 0268–3768. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1007/s00170-015-7077-3, 2015

    Article  Google Scholar 

  10. Hartke, M.; Günther, K.; Bergmann, J. P.: Untersuchung zur geregelten, energiereduzierten Kurzlichtbogentechnik als generatives Fertigungsverfahren. Düsseldorf: DVS Media. DVS-Berichte. 306. ISBN 3-945023-03-3, 2014

    Google Scholar 

  11. Donoghue, J.; Antonysamy, A. A.; Martina, F.; Colegrove, P. A.; Williams, S. W.; Prangnell, P. B.: The effectiveness of combining rolling deformation with Wire–Arc Additive Manufacture on β-grain refinement and texture modification in Ti–6Al–4 V [online]. In: Materials Characterization, 114, 103–114. ISSN 10445803. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j. matchar.2016.02.001, 2016

    Article  Google Scholar 

  12. Colegrove, P. A.; Donoghue, J.; Martina, F.; Gu, J.; Prangnell, P.; Hönnige, J.: Application of bulk deformation methods for microstructural and material property improvement and residual stress and distortion control in additively manufactured components [online]. In: Scripta Materialia, 135, 111–118. ISSN 13596462. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j. scriptamat.2016.10.031, 2017

    Article  Google Scholar 

  13. Fu, Y.; Zhang, H.; Wang, G.; Wang, H.: Investigation of mechanical properties for hybrid deposition and micro-rolling of bainite steel [online]. In: Journal of Materials Processing Technology, 250, 220–227. ISSN 09240136. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j. jmatprotec.2017.07.023, 2017

    Article  Google Scholar 

  14. Merklein, M.; Junker, D.; Schaub, A.; Neubauer, F.: Hybrid Additive Manufacturing Technologies – An Analysis Regarding Potentials and Applications [online]. In: Physics Procedia, 83, 549–559. ISSN 18753892. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j. phpro.2016.08.057, 2016.

    Article  Google Scholar 

  15. Clemens, U.: Einsatz der CMB-Technologie zur Herstellung von Hinterschneidungen bei metallischen Bauteilen, Dissertation. Aachen, RWTH Aachen, 2004

    Google Scholar 

  16. Song, Y.-A.; Park, S.: Experimental investigations into rapid prototyping of composites by novel hybrid deposition process [online]. In: Journal of Materials Processing Technology, 171(1), 35–40. ISSN 09240136. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j. jmatprotec.2005.06.062, 2006

    Article  Google Scholar 

  17. Kapil, S.; Legesse, F.; Kulkarni, P.; Joshi, P.; Desai, A.; Karunakaran, K. P.: Hybridlayered manufacturing using tungsten inert gas cladding [online]. In: Progress in Additive Manufacturing, 1(1–2), 79–91. ISSN 2363–9512. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1007/s40964-016-0005-8, 2016

    Article  Google Scholar 

  18. Suryakumar, S.; Karunakaran, K. P.; Bernard, A.; Chandrasekhar, U.; Raghavender, N.; Sharma, D.: Weld bead modeling and process optimization in Hybrid Layered Manufacturing [online]. In: Computer-Aided Design, 43(4), 331–344. ISSN 00104485. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.cad.2011.01.006, 2011

    Article  Google Scholar 

  19. Williams, S. W.: The “LASIMM“ project: development ofnovel hybrid approaches for additive and subtractivemanufacturing machines. In: Welding and Cutting 16 (2017) No. 1, (16), 2017

    Google Scholar 

  20. Shi, X.; Ma, S.; Liu, C.; Wu, Q.; Lu, J.; Liu, Y.; Shi, W.: Selective laser melting-wire arc additive manufacturing hybrid fabrication of Ti-6Al-4 V alloy [online]. Microstructure and mechanical properties. In: Materials Science and Engineering: A, 684, 196–204. ISSN 09215093. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.12.065, 2017

  21. Williams, S. W.; Martina, F.; Addison, A. C.; Ding, J.; Pardal, G.; Colegrove, P.; Wire + Arc Additive Manufacturing [online]. In: Materials Science and Technology, 32(7), 641–647. ISSN 0267–0836. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1179/1743284715Y.0000000073, 2015

    Article  Google Scholar 

  22. Zhang, X.; Martina, F.; Ding, J.; Wang, X.; Williams, S.W.: Fracture toughness and fatigue crack growth rate properties in wire +arc additive manufactured Ti-6Al-4 V [online]. Wire+arc additive manufactured Ti-6Al-4 V. In: Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 40(5), 790–803. ISSN 8756758X. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1111/ffe.12547, 2017

  23. Yang, J.; Yang, H.; Yu, H.; Wang, Z.; Zeng, X.: Corrosion Behavior of Additive Manufactured Ti-6Al-4 V Alloy in NaCl Solution [online]. In: Metallurgical and Materials Transactions A, 48(7), 3583–3593. ISSN 1073–5623. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1007/s11661-017-4087-9, 2017

    Article  Google Scholar 

  24. Yin, B.; Ma, H.; Wang, J.; Fang, K.; Zhao, H.; Liu, Y.: Effect of CaF2 addition on macro/ microstructures and mechanical properties of wire and arc additive manufactured Ti-6Al-4 V components [online]. In: Materials Letters, 190, 64–66. ISSN 0167577X. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.12.128, 2017

  25. Zhang, J.; Wang, X.; Paddea, S.; Zhang, X.: Fatigue crack propagation behaviour in wire+arc additive manufactured Ti‐6Al‐4 V [online]. Effects of microstructure and residual, 2016 stress. In: Materials & Design, 90, 551–561. ISSN 02641275. Verfügbar unter: https://doi. org/10.1016/j.matdes.2015.10.141

  26. Gu, J.; Ding, J.; Williams, S. W.; Gu, H.; Bai, J.; Zhai, Y.; Ma, P.: The strengthening effect of inter-layer cold working and post-deposition heat treatment on the additively manufactured Al–6.3Cu alloy [online]. In: Materials Science and Engineering: A, 651, 18–26. ISSN 09215093. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.10.101, 2016

    Article  Google Scholar 

  27. Cong, B.; Qi, Z.; Qi, B.; Sun, H.; Zhao, G.; Ding, J.: A Comparative Study of Additively Manufactured Thin Wall and Block Structure with Al-6.3%Cu Alloy Using Cold Metal Transfer Process [online]. In: Applied Sciences, 7(3), 275. ISSN 2076–3417. Verfügbar unter: https://doi.org/10.3390/app7030275, 2017

  28. Ding, D.; Pan, Z.; van Duin, S.; Li, H.; Shen, C.: Fabricating Superior NiAl Bronze Components through Wire Arc Additive Manufacturing [online]. In: Materials, 9(8),652. ISSN 1996–1944. Verfügbar unter: https://doi.org/10.3390/ma9080652, 2016

    Article  Google Scholar 

  29. Million, K.; Datta, R.; Zimmermann, H.: Effects of heat input on the microstructure and toughness of the 8 MnMoNi 5 5 shape-welded nuclear steel [online]. In: Journal of Nuclear Materials, 340(1), 25–32. ISSN 00223115. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j. jnucmat.2004.10.093, 2005

    Article  Google Scholar 

  30. Posch, G.; Chladil, K.; Chladil, H.: Material properties of CMT—metal additive manufactured duplex stainless steel blade-like geometries [online]. In: Welding in the World. ISSN 0043–2288. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1007/s40194-017-0474-5, 2017

    Article  Google Scholar 

  31. Ulrich, D.: Future prospects of shape welding. In: Welding and cutting, S. 164–172, 2006

    Google Scholar 

  32. Bergmann, J. P.: Additive Fertigung von 3D-Verbundstrukturen mittels MSG-Schweißen. Große Schweißtechnische Tagung, DVS Studentenkongress. Vorträge der Veranstaltungen in Leipzig am 19. und 20. September 2016. In: DVS CONGRESS 2016, Hg. DVS Berichte 327, S. 75–80

    Google Scholar 

  33. Shen, C.; Pan, Z.; Cuiuri, D.; Dong, B.; Li, H.: In-depth study of the mechanical properties for Fe 3 Al based iron aluminide fabricated using the wire-arc additive manufacturing process [online]. In: Materials Science and Engineering: A, 669, 118–126. ISSN 09215093. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.05.047, 2016.

    Article  Google Scholar 

  34. Ma, Y.; Cuiuri, D.; Hoye, N.; Li, H.; Pan, Z.: Characterization of In-Situ Alloyed and Additively Manufactured Titanium Aluminides [online]. In: Metallurgical and Materials Transactions B, 45(6), 2299–2303. ISSN 1073–5615. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1007/s11663-014-0144-6, 2014

    Article  Google Scholar 

  35. Haden, C. V.; Zeng, G.; Carter, F. M.; Ruhl, C.; Krick, B. A.; Harlow, D. G.: Wire and arc additive manufactured steel [online]. Tensile and wear properties. In: Additive Manufacturing, 16, 115–123. ISSN 22148604. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.addma.2017.05.010, 2017

    Article  Google Scholar 

  36. Zhang, Y.; Chen, Y.; Li, P.; Male, A. T.: Weld deposition-based rapid prototyping [online]. A preliminary study. In: Journal of Materials Processing Technology, 135(2–3), 347–357. ISSN 09240136. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)00867-1, 2003

    Article  Google Scholar 

  37. Venturini, G.; Montevecchi, F.; Scippa, A.; Campatelli, G.: Optimization of WAAM Deposition Patterns for T-crossing Features [online]. In: Procedia CIRP, 55, 95–100. ISSN 22128271. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.08.043, 2016

    Article  Google Scholar 

  38. Ding, D.; Pan, Z.; Cuiuri, D.; Li, H.: A practical path planning methodology for wire and arc additive manufacturing of thin-walled structures [online]. In: Robotics and Computer- Integrated Manufacturing, 34, 8–19. ISSN 07365845. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.rcim.2015.01.003, 2015

    Article  Google Scholar 

  39. Dwivedi, R.; Kovacevic, R.: Automated torch path planning using polygon subdivision for solid freeform fabrication based on welding [online]. In: Journal of Manufacturing Systems, 23(4), 278–291. ISSN 02786125. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/S0278-6125(04)80040-2, 2004

    Article  Google Scholar 

  40. Kapil, S.; Joshi, P.; Yagani, H. V.; Rana, D.; Kulkarni, P. M.; Kumar, R.; Karunakaran, K. P.: Optimal space filling for additive manufacturing [online]. In: Rapid Prototyping Journal, 22(4), 660–675. ISSN 1355–2546. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1108/RPJ-03-2015-0034, 2016

    Article  Google Scholar 

  41. Ding, D.; Pan, Z.; Cuiuri, D.; Li, H.; van Duin, S.; Larkin, N.: Bead modelling and implementation of adaptive MAT path in wire and arc additive manufacturing [online]. In: Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 39, 32–42. ISSN 07365845. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.rcim.2015.12.004, 2016

    Article  Google Scholar 

  42. MX3D B.V.: Unternehmenswebsite [online] [Zugriff am: 05.09.2017]. Verfügbar unter: http://mx3d.com/

  43. Xiong, J.; Zhang, G.: Adaptive control of deposited height in GMAW-based layer additive manufacturing [online]. In: Journal of Materials Processing Technology, 214(4), 962–968. ISSN 09240136. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.11.014, 2014

    Article  Google Scholar 

  44. Brell-Cokcan, S.; Lublasser, E.; Haarhoff, D.; Kuhnhenne, M.; Feldmann, M.; Pyschny, D.: Zukunft Robotik – Automatisierungspotentiale im Stahlund Metallleichtbau. In: Stahlbau, 3, 225–233. Verfügbar unter: 10.1002/stab.201710469, 2017

    Article  Google Scholar 

  45. Kovacevic, R.; Beardsley, H.: Process Control of 3D Welding as a Droplet-Based Rapid Prototyping Technique. In: Procceedings of the Solid Freeform Fabrication Symposium, 1998, 57–64.

    Google Scholar 

  46. Radaj, D.: Eigenspannungen und Verzug beim Schweißen. Rechen- und Meßverfahren. Düsseldorf: Verl. für Schweißen und Verwandte Verfahren DVS-Verl. Fachbuchreihe Schweißtechnik. 143. ISBN 3-87155-194-5, 2002

    Google Scholar 

  47. Ding, J.; Colegrove, P.; Mehnen, J.; Ganguly, S.; Sequeira Almeida, P.M.; Wang, F.; Williams, S.: Thermo-mechanical analysis of Wire and Arc Additive Layer Manufacturing process on large multi-layer parts [online]. In: Computational Materials Science. ISSN 09270256. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2011.06.023, 2011

  48. Gouge, M.; Michaleris, P.: Thermo-mechanical modeling of additive manufacturing. Kidlington: Butterworth-Heinemann. ISBN 9780128118214, 2017

    Google Scholar 

  49. Montevecchi, F.; Venturini, G.; Scippa, A.; Campatelli, G.: Finite Element Modelling of Wire-arc-additive-manufacturing Process [online]. In: Procedia CIRP, 55, 109–114. ISSN 22128271. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.08.024, 2016

    Article  Google Scholar 

  50. Mughal, M. P.; Fawad, H.; Mufti, R.: Finite element prediction of thermal stresses and deformations in layered manufacturing of metallic parts [online]. In: Acta Mechanica, 183 (1–2), 61–79. ISSN 0001–5970. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1007/s00707-006-0329-4, 2006

    Article  Google Scholar 

  51. Ding, J.; Colegrove, P.; Mehnen, J.; Williams, S.; Wang, F.; Almeida, P. S.: A computationally efficient finite element model of wire and arc additive manufacture [online]. In: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 70(1–4), 227–236. ISSN 0268–3768. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1007/s00170-013-5261-x, 2014

    Article  Google Scholar 

  52. Gerhard, P.: Manufacturing of turbine blades by shape giving CMT-Welding. In: 67th IIW Annual Assembly & International Conference, (Seoul, Korea), 2014

    Google Scholar 

  53. Appelyard, D.: Welding Pelton Runners [online]. In: HRW-Hydro Review Worldwide magazine, Juli 2012, 28–32. Verfügbar unter: http://www.hydroworld.com/articles/print/volume-20/issue-4/articles/turbines-mechanical-components/welding-pelton-runners.html, 2012

  54. Vincent, W.: Unternehmenswebsite [online] [Zugriff am: 05.09.2017]. Verfügbar unter: http://www.ramlab.com/, 2017

  55. Norsk Titanium AS: Unternehmenswebsite [online] [Zugriff am: 05.09.2017]. Verfügbar unter: http://www.norsktitanium.com/

  56. Prodways Group: Unternehmenswebsite [online] [Zugriff am: 06.09.2017]. Verfügbar unter: http://www.prodways.com/en/prodways-group-presents-its-new-rapid-additive-forgingtechnology/3ders.org/

  57. 3ders.org: Mutoh Industries unveils Value Arc MA5000-S1 metal arc welding 3D printer [online] [Zugriff am: 06.09.2017]. Verfügbar unter: http://www.3ders.org/articles/20150727-mutoh-industriesunveils-value-arc-ma5000-s1-metal-arc-welding-3d-printer.html

  58. Paul Gradl, W. B.: Weld3D [online]. Verfügbar unter: https://www.f6s.com/weld3d

  59. TU Delft: Open source 3D metal printer [online] [Zugriff am: 06.09.2017]. Verfügbar unter: https://metal2014.weblog.tudelft.nl/

  60. Anzalone, G. C.; Chenlong Zhang, B. W.; Sanders, P. G.; Pearce, J. M.: A Low- Cost Open-Source Metal 3-D Printer [online]. In: IEEE Access, 1, 803–810. ISSN 2169–3536. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2013.2293018, 2013

    Article  Google Scholar 

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Pontstrasse 49, 52062, Aachen, Deutschland

    Uwe Reisgen

  2. Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Pontstrasse 49, 52062, Aachen, Deutschland

    Konrad Willms

  3. Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Pontstrasse 49, 52062, Aachen, Deutschland

    Lukas Oster

Authors
  1. Uwe Reisgen
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  2. Konrad Willms
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  3. Lukas Oster
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Corresponding author

Correspondence to Lukas Oster .

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Editors and Affiliations

  1. Institut für Produktentwicklung und Gerätebau, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Hannover, Germany

    Roland Lachmayer

  2. Institut für Produktentwicklung und Gerätebau, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Hannover, Germany

    Rene Bastian Lippert

  3. Werkstoff- und Prozesstechnik, Laser Zentrum Hannover e.V., Hannover, Germany

    Stefan Kaierle

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Reisgen, U., Willms, K., Oster, L. (2018). Lichtbogenbasierte additive Fertigung – Forschungsfelder und industrielle Anwendungen. In: Lachmayer, R., Lippert, R., Kaierle, S. (eds) Additive Serienfertigung. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-56463-9_6

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