nach oben

Erschienen in:

2018 | OriginalPaper | Buchkapitel

Lichtbogenbasierte additive Fertigung – Forschungsfelder und industrielle Anwendungen

verfasst von : Uwe Reisgen, Konrad Willms, Lukas Oster

Erschienen in: Additive Serienfertigung

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config

KI-gestützte Suche

Aus

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.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

über 102.000 Bücher
über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

Automobil + Motoren
Bauwesen + Immobilien
Business IT + Informatik
Elektrotechnik + Elektronik
Energie + Nachhaltigkeit
Finance + Banking
Management + Führung
Marketing + Vertrieb
Maschinenbau + Werkstoffe
Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Jetzt informieren

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

über 67.000 Bücher
über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

Automobil + Motoren
Bauwesen + Immobilien
Business IT + Informatik
Elektrotechnik + Elektronik
Energie + Nachhaltigkeit
Maschinenbau + Werkstoffe

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Jetzt informieren

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

über 67.000 Bücher
über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

Bauwesen + Immobilien
Business IT + Informatik
Finance + Banking
Management + Führung
Marketing + Vertrieb
Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Jetzt informieren

Vorheriges Kapitel Vorhersage der Fertigungszeit und -kosten für die additive Serienfertigung

Nächstes Kapitel Additive Makrofertigung mit Laser-Lichtbogen Technik mit kontinuierlicher Schweißnaht

[1]

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

[2]

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

[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

[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, 2003CrossRef

[7]

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

[8]

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

[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, 2015CrossRef

[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

[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, 2016CrossRef

[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, 2017CrossRef

[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, 2017CrossRef

[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.CrossRef

[15]

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

[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, 2006CrossRef

[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, 2016CrossRef

[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, 2011CrossRef

[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

[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, 2015CrossRef

[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, 2017CrossRef

[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, 2016CrossRef

[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, 2016CrossRef

[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, 2005CrossRef

[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, 2017CrossRef

[31]

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

[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

[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.CrossRef

[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, 2014CrossRef

[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, 2017CrossRef

[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, 2003CrossRef

[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, 2016CrossRef

[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, 2015CrossRef

[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, 2004CrossRef

[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, 2016CrossRef

[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, 2016CrossRef

[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, 2014CrossRef

[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, 2017CrossRef

[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.

[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

[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

[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, 2016CrossRef

[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, 2006CrossRef

[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, 2014CrossRef

[52]

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

[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, 2013CrossRef

Titel: Lichtbogenbasierte additive Fertigung – Forschungsfelder und industrielle Anwendungen
verfasst von: Uwe Reisgen
Konrad Willms
Lukas Oster
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Buch: Additive Serienfertigung
Print ISBN: 978-3-662-56462-2

Electronic ISBN: 978-3-662-56463-9

Copyright-Jahr: 2018
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-56463-9_6

Premium Partner

Marktübersichten

Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.

Zur Marktübersicht

Springer Professional

Zusammenfassung

Bitte loggen Sie sich ein, um Zugang zu Ihrer Lizenz zu erhalten.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Springer Professional "Technik"

Springer Professional "Wirtschaft"

Premium Partner

Marktübersichten