Hier finden Sie eine Zusammenstellung der Informationen zu unserer Forschung im Bereich Additive Fertigung im Stahlbau mittels Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM).

Was ist WAAM?

Das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) beschreibt ein 3D-Druckverfahren, bei dem eine Schweißstromquelle und ein Roboter- oder Portalsystem verwendet werden. Das WAAM basiert auf dem Metall-Schutzgasschweißen, wobei der Draht das Druckmaterial ist. Auf diese Weise lassen sich mit einem Schweißroboter komplexe dreidimensionale Strukturen fertigen.

WAAM am Fachgebiet Stahlbau

Für die Forschung am Fachgebiet Stahlbau steht ein Labor mit zwei Schweißrobotern mit modernster Technik zur Verfügung. Einer der Forschungsschwerpunkte liegt auf der Fertigung massiver Strukturen. Hierbei geht es aktuell um die Fertigung Stützenstrukturen. Dabei werden kontinuierliche Bauteil gefertigt, aber auch Gitterstützen mittels Punktschweißungen. Ein anderer Forschungsschwerpunkt liegt auf der Aussteiffung von Feinblechen mittels WAAM für den perspektivischen Einbau als Freiform-Fassaden.

Zudem wurde am Fachgebiet die weltweit erste vor Ort gedruckte Stahlbrücke direkt über fließendem Wasser hergestellt, welche im Titelbild zu sehen ist.

Aktuelle Forschungsschwerpunkte

WAAM von Stützenstrukturen für strukturelle Anwendungen
WAAM von Stützenstrukturen für strukturelle Anwendungen
Entwicklung eines Design-to-manufacturing workflows
Entwicklung eines Design-to-manufacturing workflows
Ausgesteifte Feinbleche zur Anwendung im Fassadenbau
Ausgesteifte Feinbleche zur Anwendung im Fassadenbau
Lehrprojekte und Abschlussarbeiten
Lehrprojekte und Abschlussarbeiten

WAAM Labor am IfSW

WAAM-Labor der TU Darmstadt
WAAM-Labor der TU Darmstadt

Für Grundlagenforschung und F&E-Projekte in der Additiven Fertigung verfügt das Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik der Technischen Universität Darmstadt über ein mit Versuchsständen zur Material- und Bauteiltestung und ein WAAM-Lab zur Fertigung von Klein – und Großbauteilen mit folgender Ausstattung:

  • Zwei 6-Achs-Industrieroboter (Ausladung bis 2,50 m)
  • Fronius TPS 500 Stromquelle (CMT)
  • Fronius TPS 500i Stromquelle (CMT)
  • Zwei Schweißtische (1200 x 1200 mm)
  • Individuell ansteuerbare stationäre und nachlaufende Druckluft-Aerosol-Kühlung (Klein- und Großbauteile)
  • Thermalbildkamera
  • 4K-Kameras zur Prozessüberwachung und Erstellung von Lagenbildern
  • Schweißdatenaufnahme
  • Die Schweißroboter können gemeinsam und individuell angesteuert werden.

Der Bauraum für die Fertigung beträgt je nach Geometrie ca. 2400 x 1200 mm. Dabei sind unterschiedlichste Anschlagmittel zur Befestigung von Grundplatten, Blechen oder Halbzeugen vorhanden.

Es können Drahtdurchmesser von 0,8 – 1,6 mm eingesetzt werden (Kohlenstoffstahl).

Als Schutzgase verwenden wir Inert- und Aktivgase, von reinem Argon 4.6 bis hin zu einem Mischgas M21 mit 18% CO2.

3D-Druck mit Stahl – Mario und Luigi an der Technischen Universität Darmstadt

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  • Untersuchung der Materialeigenschaften additiv gefertigter Strukturen mittels Wire Arc Additive Manufacturing

    05.08.2024

    Erste Ergebnisse in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau zeigen, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

    Ziel dieser Bachelor-Thesis ist es die Materialeigenschaften dieser Verstärkungen experimentell zu ermitteln und zu interpretieren. Dabei soll auch der Einfluss der Kühlung auf die Materialeigenschaften untersucht werden. Zur Ermittlung der Materialeigenschaften sollen Zugproben angefertigt und in den Versuchshallen des FG Stahlbau getestet werden. Die Ergebnisse sind anschließend auszuwerten, zu vergleichen und zu interpretieren.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Philipp Grebner, M.Sc.

    Ausschreibung als PDF

  • Untersuchungen der Tragfähigkeit gekrümmter Feinbleche, ausgesteift mit dem Wire Arc Additive Manufacturing

    04.04.2024

    Erste Ergebnisse in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau zeigen, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

    Ziel dieser Bachelor- oder Master-Thesis ist es den Einfluss von einseitigen Rippenaufschweißungen auf die Tragfähigkeit von Feinblechen zu untersuchen. Dabei sollen die Bleche zunächst mit dem 3D-Druckverfahren WAAM ausgesteift und im Anschluss auf Ihre Tragfähigkeit untersucht werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Philipp Grebner, M.Sc.

    Ausschreibung als PDF

  • WAAM und Sandwichtechnik: Herstellung gekrümmter Sandwichelemente, ausgesteift mit dem Wire Arc Additive Manufacturing

    21.02.2024

    Sandwichelemente gewinnen innerhalb der Baubranche seit Jahrzenten immer mehr an Bedeutung. Grund dafür ist deren geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit und guten bauphysikalischen Eigenschaften. Forschungsergebnisse an der TU Darmstadt haben gezeigt, dass gekrümmte Sandwichelemente in Flächentragwerken großes Potenzial aufweisen.

    Zudem zeigen erste Experimente in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

    Ziel dieser Bachelor-Thesis ist es die beiden Forschungsfelder erstmals miteinander zu verbinden. Es soll eine Schalung entworfen und gebaut werden, um mittels WAAM ausgesteifte Feinbleche zu gekrümmten Sandwichelementen ausschäumen zu können. Durch Vorversuche und Beschäftigung mit dem Polyurethanschaum soll die Schalung optimiert werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Philipp Grebner, M.Sc.

    Ausschreibung als PDF

  • 3D-Drucken mit Stahl: Untersuchung zur Krümmung von Feinblechen durch Rippenaufschweißung mittels Wire Arc Additive Manufacturing

    20.02.2024

    Erste Ergebnisse in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau zeigen, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

    Ziel dieser Bachelor-Thesis ist es den Einfluss von einseitigen Rippenaufschweißungen auf die schweißinduzierte Krümmung von Feinblechen zu untersuchen.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Philipp Grebner, M.Sc.

    Ausschreibung als PDF

  • Untersuchungen der Tragfähigkeit gekrümmter Feinbleche, ausgesteift mit dem Wire Arc Additive Manufacturing

    04.04.2024

    offen

    Erste Ergebnisse in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau zeigen, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

    Ziel dieser Bachelor- oder Master-Thesis ist es den Einfluss von einseitigen Rippenaufschweißungen auf die Tragfähigkeit von Feinblechen zu untersuchen. Dabei sollen die Bleche zunächst mit dem 3D-Druckverfahren WAAM ausgesteift und im Anschluss auf Ihre Tragfähigkeit untersucht werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Philipp Grebner, M.Sc.

  • FE-Simulation und 3D-Drucken mit Stahl: Finite-Elemente Schweißsimulation zum Vergleich der Krümmungen von mittels Wire Arc Additive Manufacturing ausgesteiften Feinblechen

    20.02.2024

    offen

    Erste Ergebnisse in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau zeigen, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

    Ziel dieser Master-Thesis ist es den Einfluss von einseitigen Rippenaufschweißungen auf die schweißinduzierte Krümmung von Feinblechen zu untersuchen. Dabei sollen mittels Finiter Elemente Schweißsimulationen bisherige experimentelle Untersuchungen simuliert werden. Anschließend soll die entstandene Krümmung der Simulation ausgewertet und mit den experimentellen Ergebnissen verglichen werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Philipp Grebner, M.Sc.

  • WAAM und Sandwichtechnik: Untersuchung der Tragfähigkeit von mittels WAAM ausgesteifen gekrümmten Sandwichelementen

    25.01.2024

    offen

    Sandwichelemente gewinnen innerhalb der Baubranche seit Jahrzenten immer mehr an Bedeutung. Grund dafür ist deren geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit und guten bauphysikalischen Eigenschaften. Forschungsergebnisse an der TU Darmstadt haben gezeigt, dass gekrümmte Sandwichelemente in Flächentragwerken großes Potenzial aufweisen.

    Zudem zeigen erste Experimente in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

    Ziel dieser Master-Thesis ist es die beiden Forschungsfelder erstmals miteinander zu verbinden. Es sollen mittels WAAM ausgesteifte Feinbleche zu gekrümmten Sandwichelementen ausgeschäumt werden und auf ihre Tragfähigkeit untersucht werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Philipp Grebner, M.Sc.

  • WAAM und Sandwichtechnik: Untersuchung zum Einfluss von Rippenaussteifungen auf Sandwichelemente mittels Finiter-Elemente-Methode

    17.10.2023

    offen

    Sandwichelemente gewinnen innerhalb der Baubranche seit Jahrzenten immer mehr an Bedeutung. Grund dafür ist deren geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit und guten bauphysikalischen Eigenschaften. Forschungsergebnisse an der TU Darmstadt haben gezeigt, dass gekrümmte Sandwichelemente in Flächentragwerken großes Potenzial aufweisen.

    Zudem zeigen erste Experimente in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

    Ziel dieser Master-Thesis ist es mittels Finiter-Elemente-Methode den Einfluss von einachsigen Rippenaufschweißungen auf die Tragfähigkeit von Sandwichelementen zu untersuchen.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Philipp Grebner, M.Sc.

  • Untersuchung von Fertigungsstrategien zur verzugsarmen Fertigung einer Brücke mit dem WAAM

    Assessment of Fabrication Strategies with low Distortions for WAAM of a Bridge

    14.07.2020

    abgeschlossen

    Zum Drucken dreidimensionaler Strukturen aus metallischen Werkstoffen existieren verschiedene Technologien, wobei für den Stahlbau die Additive Fertigung mit einem Metallschutz¬gas-Schweißverfahren (WAAM) am besten geeignet ist. Im Rahmen eines Projekts an der TU Darmstadt wurde eine Stahlbrücke gefertigt, deren Geometrie einer dünnwandigen, doppelt-gekrümmten Schale entspricht. Bei der Fertigung traten geometrische Verzüge auf, die in ihrer Größenordnung für eine Fortführung der Fertigung unverträglich waren. Mit einer alternativen Fertigungsstrategie können die Verzüge vermutlich reduziert werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Benedikt Waldschmitt, M.Sc.