WIG-3D-AM-Zelle: 3D-Druck-Anlage zur adaptiven hochratenfähigen AM-Metallbearbeitung

Additive Fertigung bleibt hochaktuell: Sie ermöglicht kürzere Entwicklungszeiten, flexible Prozesse, kostengünstige Kleinserien und komplexe Designs. Herausforderungen wie lange Fertigungszeiten und mangelnde Prozesssicherheit begegnen wir im Projekt WIG-3D-AM durch die innovative Kombination einer schnellen 6-Achs-Parallelkinematik mit einem hochratenfähigen WIG-Prozesskopf für den 3D-Druck von Metallbauteilen.

Beim 3D-Druck von Metallbauteilen stellen vor allem die langen Prozesszeiten und schlechten Prozesssicherheiten ein Hindernis für die industrielle Einführung und Nutzung dieser Technologie dar. Das 2025 gestartete FuE – Verbundprojekt WIG-3D-AM-Zelle soll diese Herausforderungen durch die Entwicklung und den Aufbau einer Prototypenanlage lösen. Um dieses Ziel zu erreichen, bringen die drei Projektpartner METROM Mechatronische Maschinen GmbH, OSCAR PLT GmbH und das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU ihre individuellen Kompetenzen und Erfahrungen ein.

METROM entwickelt das erfolgreiche Maschinenkonzept des industriellen 3D-Druckers SEAMHex weiter. Durch die Bewegung der Bauplattform unter einem feststehenden Druckkopf werden hohe Druckgeschwindigkeiten erreicht. Für dieses Konzept wird eine angepasste Kinematik für schwerere Metallbauteile entwickelt. Anstelle der  SEAM-Technologie für den Kunststoff-3D-Druck wird ein hochratenfähiger Schweißkopf für den Metall-3D-Druck in die Anlage integriert.

OSCAR PLT entwickelt den WIG3-Prozesskopf, der das drahtbasierte Lichtbogenauftragschweißen mit dem Wolfram-Inertgas-Schweißverfahren ermöglicht. Die hohe Auftragsleistung wird dabei durch die Zufuhr von drei anstatt einem Draht ermöglicht. Die Drähte werden im Heißdrahtverfahren zusätzlich vorgeheizt, um hohe Aufschmelzleistungen realisieren zu können.

Das Fraunhofer IWU beschäftigt sich zum einen mit der adaptiven Steuerungstechnik für die Schweißanlage, um eine hohe Prozesssicherheit und -stabilität für optimale Bauteilqualität auch bei schnellen 3D-Druckprozessen zu gewährleisten. Zum anderen wird ein digitaler Prozesszwilling entwickelt, der auf Basis von hochfrequenten Prozessdaten eine Analyse der Bauteilqualität und die Optimierung des Fertigungsprozesses ermöglichen soll. Neben der Erforschung einer datenbasierte Prozessregelung zur adaptiven Anpassung von Parametern während des 3D-Druck-Prozesses soll zusätzlich untersucht werden, wie eine Schweißbildkamera für die optische Prozessdatenerfassung und Prozessregelung genutzt werden kann.