ORNL und Boeing fertigen 2 Tonnen schwere Flugzeug-Verbundwerkstoffform mit WAAM

WAAM-3D-Druck wird in der Luftfahrt als alternative Möglichkeit zur Herstellung großer Metallwerkzeuge erprobt. Das Oak Ridge National Laboratory (ORNL), das dem US-Energieministerium untersteht, und Boeing fertigten mit dem Lichtbogen-Drahtauftragsverfahren eine rund 2 Tonnen schwere Stamp Form Die, die zum NASA-Programm HiCAM beitragen soll. Das Beispiel zeigt, dass 3D-Druck nicht nur bei kleinen Prototypen, sondern auch bei großen Produktionswerkzeugen untersucht wird.

Form für die Flugzeugtürenfertigung

Die im Rahmen der gemeinsamen Arbeit von ORNL und Boeing gefertigte Form ist etwa 6 × 4 feet groß und besteht aus Stahl. Boeing plant, das Werkzeug bei der Herstellung thermoplastischer Flugzeugtüren einzusetzen. Diese Bauteile entstehen, indem erhitzter Kunststoff zwischen zwei Formen gebracht und geformt wird. Die NASA-Initiative HiCAM umfasst Arbeiten, die darauf abzielen, die Fertigung von Flugzeugteilen aus Verbundwerkstoffen zu beschleunigen.

Solche Werkzeuge können traditionell durch spanende Bearbeitung, Gießen, Schmieden und Bohren hergestellt werden. Die Forschenden untersuchen hier, ob sich eine Form mit kontrollierten Heizkanälen mithilfe des 3D-Drucks schneller, kostengünstiger oder einfacher fertigen lässt. Die Meldung belegt nicht, dass das Verfahren diese Ziele bereits in der Serienfertigung erreicht hat. Sie ist vielmehr ein Beispiel für eine gemeinsame Untersuchung alternativer Werkzeugfertigung.

Warum wurde das WAAM-Verfahren gewählt?

Das von ORNL eingesetzte System basiert auf dem Lichtbogen-Drahtauftragsverfahren (WAAM): Ein Lichtbogen schmilzt zugeführten Draht auf, der anschließend Schicht für Schicht aufgetragen wird. Dieses Verfahren nutzt einen Roboterarm und einen Schweißbrenner und eignet sich als Ansatz für die Herstellung großer Metallgeometrien. ORNL weist außerdem darauf hin, dass das System mehrere Metalldrähte gleichzeitig zuführen kann, sodass sich unterschiedliche Werkstoffe in einem Bauteil kombinieren lassen.

Für die Boeing-Form wurde in den tragenden Bereichen Baustahl verwendet, um Festigkeit und Steifigkeit zu erzielen. Die Formoberfläche besteht aus Edelstahl, der Korrosionsbeständigkeit und geeignete Eigenschaften für die Arbeitsfläche bietet. Das Multimaterialdesign verdeutlicht, dass nicht zwingend jeder Bereich eines Bauteils aus demselben Metall bestehen muss. Um den tatsächlichen Vorteil zu beurteilen, müssen jedoch Fertigungszeit, Nachbearbeitungsaufwand, Werkzeuglebensdauer und Leistung unter Betriebsbedingungen mit herkömmlichen Werkzeugen verglichen werden. Die schichtweise Fertigung eines großen Bauteils macht eine anschließende Bearbeitung und Maßkontrolle nicht überflüssig. Für den späteren Einsatz sind insbesondere die Form der Werkzeugoberfläche, die Qualität der Kontaktbereiche und die Steuerung der Wärme während des Prozesses entscheidend. Bei der Wahl des Fertigungsverfahrens sollte deshalb nicht nur der Druck, sondern der gesamte Lebenszyklus des Bauteils berücksichtigt werden.

Was FDM-Werkstätten daraus lernen können

WAAM ist ein industrielles Verfahren, bei dem Metalldraht und ein Lichtbogen zum Einsatz kommen. Es ist nicht mit dem Desktop-FDM-Druck gleichzusetzen. Das Beispiel vermittelt Fertigungsteams dennoch eine gemeinsame Erkenntnis: Größe, Funktion und Belastungsbedingungen des Werkzeugs sollten die Verfahrenswahl bestimmen. Während bei einer großen, schweren Form der Metallauftrag geprüft wird, kann FDM für Montagehilfen, Gehäuse, Ergonomieprototypen oder gering belastete Hilfsvorrichtungen eine leichter zugängliche Option sein. In beiden Fällen ist es wichtig, das Bauteil passend zum Einsatz zu konstruieren und vor der Fertigung zu überprüfen.

• Definieren Sie zuerst die Funktion: Soll eine Form, eine Prüfvorrichtung oder ein Prototyp gefertigt werden?
• Berücksichtigen Sie Maßstab und Belastung gemeinsam: Eine große Abmessung allein macht die additive Fertigung noch nicht zur richtigen Wahl.
• Beziehen Sie Nachbearbeitung und Lebensdauer ein: Die Bearbeitung und Wartung nach dem Druck beeinflussen die gesamte Fertigungsentscheidung.

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