Wie schneidet WAAM im Vergleich zu traditionellen Fertigungsverfahren für große Bauteile ab?

Durchlaufzeit und Produktionsgeschwindigkeit

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) bietet im Vergleich zu traditionellem Schmieden, Gießen oder Zerspanen deutlich kürzere Produktionszeiten. Große Komponenten wie Turbinengehäuse, Luftfahrt-Strukturrahmen und Druckgehäuse erfordern bei der Herstellung über Vakuum-Feinguß oder Schmieden aufgrund von Werkzeugvorbereitung, Formenherstellung und Materialverarbeitungszyklen typischerweise lange Durchlaufzeiten. WAAM eliminiert Werkzeuge vollständig und deponiert Material mit hohen Aufbauraten, wodurch sich die Durchlaufzeiten von Monaten auf Wochen reduzieren – selbst für meter-große Teile aus Hochtemperaturlegierungen.

Materialeffizienz und Abfallreduzierung

Traditionelle Zerspanung aus Blockmaterial oder Schmiedevormaterial erzeugt erheblichen Abfall, insbesondere bei der Herstellung komplexer oder hohler Strukturen. WAAM baut nahezu endkonturnahe Geometrien auf, die anschließend nur minimal nachbearbeitet werden müssen. Durch die Verwendung kostengünstigen Drahtrohmaterials minimiert WAAM den Verschnitt – ein wichtiger Vorteil für teure Superlegierungen wie Inconel, Hastelloy und Titanlegierungen, die häufig in der Superlegierungs-Additivfertigung verwendet werden. Dies führt zu erheblichen Kosteneinsparungen für Branchen, die auf große, hochwertige Bauteile angewiesen sind.

Fertigungsumfang und Designflexibilität

WAAM ist nicht durch die Kammergröße von Pulverbett-3D-Drucksystemen eingeschränkt. Es kann mehrteilige Meter-Komponenten herstellen und komplexe Designmerkmale integrieren, ohne dass Schweißbaugruppen oder das Verbinden mehrerer Abschnitte erforderlich sind. Traditionelles Schmieden oder Gießen kann eine segmentierte Produktion und anschließendes Fügen erfordern, was strukturelle Diskontinuitäten mit sich bringt. WAAM ermöglicht monolithische Strukturen mit kontinuierlichen Mikrostrukturen, was die Festigkeit und Haltbarkeit großer Bauteile für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Schiffbau und in der Energietechnik verbessert.

Mechanische Leistung und Nachbearbeitung

Während Schmieden weiterhin ausgezeichnete mechanische Eigenschaften bietet, können WAAM-Komponenten bei entsprechender Nachbearbeitung vergleichbare Leistungswerte erreichen. Dazu gehören Schritte wie HIP (Heißisostatisches Pressen), Wärmebehandlung und Endbearbeitung durch CNC-Bearbeitung. WAAM ermöglicht auch lokale Verstärkung oder Reparatur – Fähigkeiten, die traditionelle Methoden ohne Überarbeitung oder Austausch des gesamten Bauteils nicht bieten können.

Kostenstruktur und industrielle Auswirkungen

WAAM reduziert die Kosten für die Großserienfertigung erheblich, da es keine Schmiedegesenke, Gießformen, langen Bearbeitungszyklen und Materialüberbestände benötigt. Branchen wie die Energieerzeugung, Öl und Gas und der Schwerlast-Schiffbau profitieren von der Fähigkeit, große Bauteile schnell, wirtschaftlich und mit ausgezeichneter metallurgischer Leistung herzustellen oder wiederherzustellen.