Feucht

3-D-Drucken mit Stahl: Additive Fertigung von Anschlusselementen und Trägerverstärkungen

Thilo Feucht, M.Sc.

Die Themen 3-D-Drucken und Additive Fertigung sind in der Forschung derzeit sehr präsent. Die Technologien dieser Verfahren schreiten rasant voran. Die Druckmaterialien sind vielfältig und auch das Drucken von Stahl ist mittlerweile möglich. Bei der Additiven Fertigung (engl. Additive Manufacturing, kurz AM) wird ein Bauteil durch Hinzufügen von Material erzeugt, im Gegensatz zum Fräsen, bei dem Material aus einem Körper abgetragen wird.

Für den Stahlbau ist das Wire + Arc Additive Manufacturing (WAAM) geeignet, das dem Metallschutzgasschweißen ähnlich ist. Die Drahtelektrode bzw. das Schweißgut dient hierbei als Druckmaterial. Mit diesem Verfahren lassen sich große Bauteile schichtweise herstellen und Abschmelzleistungen von 5 kg/h erzielen.

Das Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik der TU Darmstadt verfügt über zwei Schweißroboter, mit denen verschiedene Anwendungsmöglichkeiten der Additiven Fertigung im Stahlbau erforscht werden sollen.

Anders als im herkömmlichen Stahlbau beschränkt eine wirtschaftliche Fertigung die Konstruktionsform nicht, denn das Material muss nur dort verbaut werden, wo es notwendig ist. So lassen sich beispielsweise Vollbauteile wie Fahnenbleche oder Kopfplatten in fachwerkähnliche Strukturen auflösen. Es bietet sich an, diese Strukturen mit Hilfe einer Topologieoptimierung zu bestimmen. Dieser Ansatz garantiert einen ökonomischen Mehrwert, da die Ressource Stahl nur an den statisch notwendigen Stellen eingesetzt wird. Im AM kommt die Materialeinsparung jedoch hauptsächlich einer schnelleren Fertigung zugute, denn weniger aufzutragendes Material bedeutet weniger Fertigungszeit.

Die geplanten Forschungsvorhaben konzentrieren sich auf Anschlusselemente, deren Masse im Vergleich zum Gesamttragwerk gering ist und die sich im Rahmen einer automatisierten Fertigung mit Schweißrobotern „drucken“ lassen.