Robotics: from CAD file to built 3D part
Die Vision hierbei ist, 3D Bauteile mit einer Abmessung von > 1 Meter mittels eines“ PlasmaMetal Deposition“ Verfahrens herzustellen. Als Anwendungsbeispiele seien hier Maschinenbauelemente,Fahrzeugbauelemente (mittelfristig) oder Flugzeugkomponenten (langfristig)genannt.
RHP hat in den vergangenen Jahren das Plasma Metal Deposition aufgebaut und diese genutzt um das sogenannte 4M System – „Machine for Multimaterial Manufacturing“ zu entwickeln. Ein Portalsystem mit 3 Achsen konnte aufgebaut werden und dabei bereits Bauteile mit Abmessungen von etwa 500 mm (Abbildung 3) hergestellt sowie auch Multimaterial Werkstoffe hergestellt werden.
Ziel des Projektes ist der Aufbau einer nächsten Generation zur Additiven Herstellung vongroßformatigen Bauteilen. Bislang gibt es bei der additiven Herstelltechnologie eine großeKonzentration auf Pulverbettverfahren. Diese ermöglichen die Herstellung von sehr komplexenBauteilen, allerdings sind diese in der Größe der Bauteile limitiert. Mit Aufbauraten, dieim Bereich von etwa 0,5 kg /Stunde liegen.
Plasma bzw. Lichtbogen unterstützte Prozesse
Die Anfänge der Nutzung eines Lichtbogens (Arc) basierenden Technologie zur Herstellungvon Freiflächen wurde in den 1960er Jahren in Deutschland durch die Firmen wie Krupp,Thyssen und Sulzer gelegt, die durch Nutzung von Lichtbogenschweißanlagen bereits erstegroße Bauteile (Ringe/Rohre) mit einfacher Geometrie realisieren konnten. Ein Großteil derForschungsaktivitäten in diesem Bereich zur Nutzung dieser Technologie für das additive Fertigungsverfahrenbeschäftigt sich mit dem Gas Metal Arc Welding (GMAW) oder Gas TungstenArc Welding oder das Plasma Transferred Arc (PTA) Welding bzw. das Plasma Arc Wire (PAW)Welding Verfahren. Diese Schweißverfahren basieren auf der Nutzung eines Lichtbogens und Zuführung von Metallpulvern oder Metalldrähten. Diese Prozesse werden in einem breitenUmfang für das Schweißen sowie Ausbessern von Werkzeugen sowie zum Aufbringen von Verschleißschutzschichteneingesetzt. Während der Laser oder Elektronenstrahl bereits in einerVielzahl von Anwendungen eingesetzt werden um im Pulverbett oder mittels Auftragsverfahrenüber Pulver oder Drähten 3D Konturen zu erzeugen und bereits jahrelang im Einsatz ist,sind die Lichtbogenverfahren und insbesondere das Plasma-Lichtbogen Verfahren hauptsächlichauf die Herstellung von verschleißbeständigen Schichten, für Oberflächen-Reparaturen oderfür das Schweißen eingesetzt.
Im Gegensatz zur Nutzung der Pulverbettverfahren haben die Plasma Lichtbogen Verfahrendeutliche Vorteile in der Baurate, sowie auch in der Verwendung von Ausgangsmaterialien.Während Pulverbettverfahren eine sehr enge Korngröße erfordern mit hoher Sphärizität und damit sehr teurere Rohstoffe eingesetzt werden müssen, verwendet der Plasma Metal DepositionProzess entweder sehr grobe Pulverfraktionen (die deutlich günstiger sind) oder Drahtaus Ausgangsmaterial. Besonders bei der Verwendung des Drahtes ergeben sich eine Reihevon Vorteilen wie geringer Sauerstoffgehalt, einfachere Eingangskontrolle oder auch günstigesMaterial (bei Standardwerkstoffen im Vergleich zu Pulver).
In der Luftfahrtindustrie spricht man von der Buy to fly ratio (BTF oder B2F) die angibt wie hoch der Werkstoffaufwand (Halbzeug) ist im Verhältnis zum finalen Produkt (Fertigteil). Dieses Verhältnis kann bei 10 oder sogar hinaus liegen, d.h. 100 kg Halbzeug wird benötigt um ein finales Bauteil mit 10 kg herzustellen (Abbildung 7). Mit dem Rob4M System wird eine Herstellung mit einem Buy to Fly Ratio von 1,5:1 oder kleiner angestrebt.
