3D-Metalldruck Großdimensionale Maschinenbaugruppen additiv fertigen

Startschuss für das Verbundprojekt AFiin: Die BTU Cottbus-Senftenberg und die MCR Engineering Lausitz GmbH, ein Tochterunternehmen der LEAG, wollen die Instandhaltung von großen Baumaschinen mittels 3D-Metalldruck revolutionieren.

Seit über 60 Jahren wartet die MCR Engineering die Schienenfahrzeuge und Tagebaugeräte der LEAG im Osten Deutschlands. Sie zählt damit zu einer der größten Instandhaltungsbetriebe der Lausitz. Die Region ist geprägt von der Braunkohle und steht vor einem der größten Strukturwandel: der Kohleausstieg bis 2038. „Es wird uns auch noch 2039 als Maschinendienstleister geben“, betont Ronny Sembol, Projektleiter Additive Fertigung bei der MCR Engineering Lausitz.

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Vorteile des WAAM-Verfahren nutzen

Zusammen mit der BTU Cottbus-Senftenberg hat die MCR Engineering Lausitz nun den Startschuss für das Verbundprojekt AFiin gegeben. AFiin steht hierbei für: Additive Fertigung großdimensionaler Maschinenbaugruppen für kurzfristige Ersatztbereitstellungen als Bestandteil eines integrierten Instandhaltungskonzepts. Das Projekt wird für den Zeitraum von zwei Jahren mit 450.000 Euro im Rahmen der WIR!-Initiative Lausitz – Life & Technology aus Mitteln des Bundesminesteriums für Bildung und Forschung gefördert.

Gemeinsam mit dem Lehrstuhl Füge- und Schweißtechnik der BTU haben die Projektpartner die Vorteile des lichtbogenbasierten Wire-Arc-Additive-Manufacturing-Verfahrens (WAAM) für die kurzfristige Ersatzteilbeschaffung genutzt. Denn ein defektes Bauteil oder gar eine ganze Baugruppe kann ganze Produktionsabläufe ins Stocken bringen. Vertragliche Zusagen, Termin- und Lieferketten sind gefährdet. „Mit dem 3D-Druck ist es möglich auch in kleinen Losgrößen kurzfristig Ersatzteile herzustellen. Damit reduzieren sich die Stillstandszeiten und Lagerkosten beim Kunden“, fasst Sembol die Vorteile zusammen. Das WAAM-Verfahren vereint die klassischen Fertigungstechniken Gießen und Verbindungsschweißen miteinander. Ein weitere Vorteil des 3D-Metalldrucks sei es, laut Sebastian Fritzsche vom Lehrstuhl Füge- und Schweißtechnik der BTU, dass die Bauteile keiner Bauraumbeschränkung unterliegen. „Dabei geht es nicht nur darum Bauteile komplett neu zu fertigen, sondern diese nach Ablauf ihrer Lebenszeit instand zu setzen“, betont Fritzsche. Dabei nutzt MCR Engineering das Reverse Engineering: Mit einem 3D-Scan, Spektroskopie und anderen Verfahren können die CAD-Daten des vorhandenen oder beschädigten Teil erstellt und neue Ersatzteile additiv gefertigt werden.

Was ist das WAAM-Verfahren?

(Bildquelle: LEAG)

Das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) nutzt das Lichtbogenschweißen zum schichtweisen Aufbau des Bauteils. Hierbei wird ein Metalldraht mithilfe eines Schweißbrenners an der richtigen Stelle verschmolzen und formt so das gewünschte Rohteil. Durch die drehbare Bauplattform erfolgt der Materialaufbau 5-achsig. Komplexe Strukturen oder Hohlräume können so gefertigt werden. Das fertig aufgebaute Bauteil wird anschließend durch CNC-Fräsen fertig bearbeitet.
Verfahrensvorteile:

• Materialersparnis durch gezielten Materialauftrag
• Bis zu 60 % günstiger als subtraktive CNC-Fertigung
• Punkt C
• Hohe Aufbaurate bis 600 cm³/h und damit wesentlich schneller als pulverbettbasierte Verfahren
• Hohe Werkstoffvielfalt
• Minimaler Verzug und geringe Eigenspannung im Bauteil
• Porenfreier Lagenaufbau
• Hybridbauweise, d.h. Aufschweißen auf Halbzeug möglich

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Fertigungszeit um 22 Stunden reduziert

Mit dem WAAM-Verfahren ist es zudem möglich, die Eigenschaften des Originalteils zu überftreffen. Es entstehen vollwertige mechanische Eigenschaften, statische Festigkeiten bis zu 1100 N/mm² und das qualitätsgesichert. Innerhalb des Projektes ist so bereits ein Tragwerks-T-Knoten für den Stahlbau entstanden. Die Fertigungszeit reduzierte sich im Gegensatz zur klassischen Fertigung um 22 Stunden.

Ziel des AFiin-Verbundprojektes ist es Ersatzteile on demand zu schaffen, d.h. das klassische Ersatzteillager wird durch ein digitales, on demand, Lager, ersetzt. Damit reduzieren sich die Lagerkosten. Ziel ist es zudem, die Technologieentwicklung der additiven Fertigung für großdimensionale Maschinenbaugruppen mit Abmessungen bis zu 8 Meter x 2 Meter x 2 Meter und 20 Tonnen Gewicht, diese in digitale Werkstattprozesse zu integrieren und zeiteffiziente Instandhaltungsprozesse zu implementieren.

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