3D WELDING - Additive Fabrication of Structural Steel Elements
Im September 2022 wurde das FFG-geförderte Forschungsprojekt 3DWelding – Additive Fabrication of Structural Steel Elements abgeschlossen. Ziel war die Erforschung eines schnellen, wirtschaftlichen und stabilen Verfahrens zur additiven Herstellung (WAAM – Wire and Arc Additive Manufacturing) von unterschiedlichen Stahlbaukomponenten mit den im konstruktiven Stahlbau üblichen Materialeigenschaften. Verwendet wurde ein drahtbasiertes Schutzgasschweißsystem mit pulsierendem Draht der Firma Fronius namens Cold Metal Transfer.
Nach der Charakterisierung der Schweißnähte wurden verschiedene Werkstoffprüfungen konzipiert und durchgeführt, die sich an der Bemessung von Kehlnähten orientieren. Die in diesen Zugversuchen und Schubversuchen ermittelten Festigkeiten und Steifigkeiten entsprechen den erhofften Ergebnissen. Den verschiedenen Schweißdrähten können so äquivalente Werte von gängigen Baustählen zugeordnet werden. Trotz des anisotropen Verhaltens der hergestellten Bauteile können die Mindestanforderungen in allen Richtungen eingehalten werden. Dies erleichtert die Planung der unterschiedlichen Printstrategien mit der Pfadplanung und der Wahl des richtigen Parametersets. Die Besonderheiten des Verfahrens wurden ebenso erarbeitet wie Herangehensweisen an die digitale Planung der Pfade bis hin zur Wahl der richtigen Software.
Als Proof-of-Concept wurden detaillierte Eigenspannungsuntersuchungen, Farbeindringtest und Belastungstests von Verbindungsprototypen durchgeführt, um etwaige Schwächen des Verfahrens aufzudecken und zu dokumentieren. Generell wurden bei diesen Untersuchungen die Ergebnisse aus den Materialprüfungen bestätigt und auch die Eigenspannungsmessungen haben keine unerwarteten Ergebnisse geliefert.
In dem Projekt wurde somit eine Basis geschaffen, auf die bei der weiteren Bearbeitung des Forschungsfeldes aufgebaut werden kann. So werden Testverfahren vorgestellt, die als Basis für eine Materialzulassung für WAAM herangezogen werden können. Als nächster Schritt kann eine Standardisierung des Verfahrens mit Anforderungen an Materialien und an den Prozess definiert werden.
(Auszug aus der Dissertation 3DWelding – Additive Fabrication of Structural Steel Elements, eingereicht am Institut für Tragwerksentwurf, Dipl.-Ing. Christoph Holzinger, Nov. 2022)
Projektlauftzeit:
Januar 2020–September 2022
Finanzierung:
FFG Collective Research
Projektteam:
Institut für Tragwerksentwurf:
Christoph Holzinger, Stefan Peters, Wolfgang Humer, Andreas Trummer
Labor für Konstruktiven Ingenieurbau:
Bernhard Freytag, David Funke-Kaiser
Institut für Werkstoffkunde, Fügetechnik und Umformtechnik:
Norbert Enzinger, Saham Sadat Sharifi, Sebastian Fritsche
ProjektpartnerInnen:
Fachverband für Metalltechnische Industrie
Fronius International
ABB Robotics
Zemann Bauelemente Produktionsgesellschaft mbH
Voestalpine Böhler Welding