Erven

Additive Fertigung mit Stahl: Herstellung von optimierten Knotenstrukturen

Maren Erven, M.Sc.

Am Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik wird derzeit die additive Fertigung im Stahlhochbau untersucht. Speziell wird das additive Lichtbogenschweißen (Wire & Arc Additive Manufacturing, WAAM) auf seine Anwendbarkeit überprüft. Hierzu dienen zwei Schweißroboter. Dabei stehen die Ermittlung der Struktur mit Hilfe von Optimierungsansätzen zum Einen und die der Schweißparameter sowie Bahnplanung zum Anderen im Fokus. Das Ziel ist es, mit Hilfe des WAAM komplexe Strukturen zu erstellen, welche im Vergleich zu konventionell hergestellten Strukturen bei gleicher Tragfähigkeit Kosten, Material und Montagezeit reduzieren.

Das Verfahren

Mit Hilfe von Schweißrobotern wird das Schweißgut, welches im konventionellen Stahlbau zwei Bauteile miteinander verbindet, durch das mehrlagige Aufeinanderschweißen zum Bauteil selbst. Das Verfahren bietet sich im Vergleich zu anderen Metall-Druck-Verfahren vor allem für das Bauwesen an, da es vergleichsweise günstig und schnell ist. Weiterhin ist das Lichtbogenschweißen im Stahlbau bekannt, sodass die additive Anwendung lediglich eine Erweiterung des Bekannten darstellt.

„Additives Bauen – Stahlbauknoten“

Das WAAM macht es möglich, Bauteilgeometrien herzustellen, die sich dem Kraftfluss besser anpassen, deren Fertigung in konventioneller Weise jedoch zu aufwändig und somit unwirtschaftlich wäre. Zum Finden solcher neuartiger Strukturen kann die Topologieoptimierung genutzt werden.

Zusammen mit den Projektpartnern Cognition Factory, GEFERTEC, imagine structure und dem Fachgebiet Fertigungstechnik der TU Ilmenau wird im Rahmen des ZIM-Projektes „Stahlbauknoten“ ein Verfahren zur Herstellung additiv gefertigter Stahlbauknoten mittels Lichtbogenschweißen entwickelt. Das Fachgebiet Stahlbau ermittelt hierfür mit Hilfe der Topologieoptimierung Knotenstrukturen, die sich individuell an Ausrichtung und Last der anschließenden Träger anpassen. Vorteil der additiven Fertigung gegenüber herkömmlichen Knotenkonstruktionen liegt sowohl in der möglichen Reduktion der Masse als auch in der Reduktion des Montageaufwandes für unterschiedliche Ausführungen. Die entwickelten Strukturen werden am Fachgebiet nach ihrer Fertigung auf die reale Tragfähigkeit untersucht.