Umdenken in der Metallproduktion mit AML3D
Wie Wire Additive Manufacturing (WAM) und die ARCEMY-Lösungen von AML3D die Produktion großformatiger Metallteile zum Besseren verändern
Ein Rohrspool mit einer Länge von 850 mm und einem Durchmesser von 450 mm. Eine wichtige Komponente für die Öl- und Gasindustrie, die strengen Industriestandards entspricht, darunter dem Standard 20S des American Petroleum Institute (API). Ein Teil, das zuvor aus drei zusammengeschweißten Teilen hergestellt wurde, nun aber als monolithische Struktur gefertigt wird; gedruckt in 216 Stunden und in nur 12 Stunden nach Spezifikation bearbeitet – weniger als die Hälfte der Zeit, die für das geschmiedete Gegenstück benötigt wird. Eine Hochdruckrohrspule, die in nur 1,5 Wochen geliefert wurde, 85 % schneller als mit herkömmlichen Methoden, hergestellt in einem Verfahren, das deutlich weniger Abfall erzeugt und weniger Energie verbraucht. Dieses Verfahren? Die patentierte WAM-Technologie von AML3D.
Das australische Unternehmen AML3D hat das ehrgeizige Ziel, die Art und Weise zu verändern, wie globale Branchen wie Öl und Gas, Verteidigung und Schifffahrt über die Metallproduktion denken. Seit seiner Gründung im Jahr 2014 hat es dieses Ziel stetig vorangetrieben, indem es sein WAM-Verfahren über seine ARCEMY-Systeme auf den Markt gebracht und seine Reichweite auf neue Regionen ausgeweitet hat. Anwendungsfälle wie die Rohrspule – zum Zeitpunkt ihrer Herstellung die größte, verifizierte 3D-gedruckte Öl- und Gasrohrkomponente – veranschaulichen perfekt die Auswirkungen der Technologie von AML3D und wie sie eine effizientere Produktion für kritische großformatige Metallkomponenten ermöglicht.
Den WAM-Prozess aufschlüsseln
Der WAM-Produktionsprozess umfasst mehrere wichtige Schritte, darunter die Druckvorbereitung und Werkzeugwegplanung mit WAMSoft, die Einstellung der Hardware-Betriebsparameter mit AMLSoft, den Near-Net-Shape-Druck auf einer ARCEMY-Maschine, die Nachbearbeitung und schließlich die CNC-Bearbeitung, um das endgültige Bauteil zu erhalten.
Die beiden Softwareprogramme von AML3D bilden die Grundlage für den industriellen AM-Prozess des Unternehmens. WAMSoft ist ein Slicer- und Bahnplanungstool, in das Benutzer ihre CAD-Modelle zur Druckvorbereitung hochladen können. In diesem Programm können Benutzer die gewünschte Art der Slicing-Funktion (radial, konisch oder parallel) auswählen und Parameter wie mehrstufigen Druck, Schweißeinstellungen, Brennerwinkel und mehr steuern. Entscheidend ist, dass Benutzer den Werkzeugweg für eine bestimmte Struktur simulieren können, um potenzielle Fehler zu identifizieren, bevor diese im Druckprozess auftreten.
AMLSoft übermittelt den von WAMSoft generierten Werkzeugweg an den Drucker und verfügt über eine Vielzahl von ARCEMY-Hardware-Steuerungen. Mit einer benutzerfreundlichen Oberfläche ermöglicht AMLSoft den Benutzern die Einstellung von Maschinenparametern wie Drahtvorschubgeschwindigkeit und Gasdurchfluss sowie von Materialparametern und Produktionszelleneinstellungen. Dieses Programm integriert auch eine Echtzeitüberwachung und bietet den Benutzern die Möglichkeit der manuellen Überwachung oder der automatisierten datengesteuerten Überwachung und Entscheidungsfindung.
Im Mittelpunkt des WAM-Workflows steht natürlich die Druckerhardware. Die ARCEMY-Systeme von AML3D gehören zu den größten Open-Air-Metall-3D-Druckern auf dem Markt und können Metallteile mit einer Größe von bis zu 1,8 x 1,8 m drucken (bei kundenspezifischen Maschinen sind sogar noch größere Teile möglich). Der WAM-Prozess, auf dem alle ARCEMY-Systeme basieren, ist ein DED-Prozess, bei dem ein Lichtbogen mit zertifiziertem Schweißdraht als Ausgangsmaterial kombiniert wird, um nahezu formfertige Teile herzustellen. Der Prozess zeichnet sich auch durch die Verwendung einer lokalisierten Inertgasabschirmung aus, die für die großformatige, freie Formgebung dieser Technologie entscheidend ist, da sie den Bedarf an einer geschlossenen Baukammer überflüssig macht.
Kurz gesagt funktioniert das Verfahren so, dass der Lichtbogen den Schweißdraht schmilzt und ihn Schicht für Schicht auf eine Basis aufträgt, wo er abkühlt und aushärtet. Nach Abschluss des Druckvorgangs bleibt ein solides, nahezu formfertiges Teil zurück, das dann für Nachbearbeitungsschritte bereit ist, wie z. B. optionale Wärmebehandlungen oder Überzüge zur Verbesserung der Materialeigenschaften sowie CNC-Bearbeitung, um enge Toleranzen und eine glatte Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen.
Erwähnenswert ist auch, dass die Lösungen von AML3D mit einer Vielzahl von Materialien kompatibel sind, darunter Titan, Kupfer, Stahl, Edelstahl und Nickellegierungen sowie exotische Metalle. Diese Materialvielfalt – die weit über die anderer Metall-AM-Verfahren hinausgeht – ist möglich, weil beim WAM-Verfahren zertifizierte Schweißdraht-Rohstoffe verwendet werden, die leicht verfügbar und einfacher zu verarbeiten sind als AM-Pulver (ganz zu schweigen davon, dass sie billiger sind).
Eine Vielzahl von Vorteilen: schneller, umweltfreundlicher, leistungsstärker
Nachdem wir nun die Schritte zur Herstellung von Metallkomponenten mit dem WAM-Verfahren von AML3D behandelt haben, ist es an der Zeit, einen Blick auf die Vorteile dieser Technologie gegenüber herkömmlichen Metallfertigungsverfahren wie der Bearbeitung von Knüppeln, dem Schmieden und Gießen zu werfen.
Erstens kann das Verfahren von AML3D die Durchlaufzeit eines Teils vom Konzept bis zum Einsatz erheblich verkürzen. Wie wir bei der 3D-gedruckten Rohrspule gesehen haben, wurde eine Zeitersparnis von 85 % erzielt, wobei das großformatige Teil nur 216 Stunden Druckzeit (das entspricht neun Tagen) und 12 Stunden Bearbeitungszeit benötigte. Diese Beschleunigung ist das Ergebnis mehrerer Faktoren, darunter schnelle Abscheidungsraten durch hochentwickelte Drahtzuführungs- und Schweißsysteme, die Möglichkeit, Teile zu konsolidieren (z. B. wurde die Rohrspule aus drei Abschnitten zu einer monolithischen Struktur konsolidiert) und die Flexibilität der Technologie, mit der hochwertige Metallkomponenten ohne Werkzeug direkt hergestellt werden können.
Das WAM-Verfahren ist außerdem umweltfreundlicher als herkömmliche Metallfertigungsverfahren. Dies ist zum Teil auf die Reduzierung des Materialabfalls zurückzuführen, die sich aus dem additiven Charakter des Verfahrens und der Herstellung von endkonturnahen Teilen ergibt. Im Fall des Rohrhockers beispielsweise hatte das Teil eine abgeschiedene Masse von 1.120 kg und eine endgültige bearbeitete Masse von 940 kg, was zu einem relativ niedrigen Buy-to-Fly-Verhältnis führte. Die Lösung von AML3D ist aufgrund ihrer hohen Abscheidungsraten und der Verwendung eines Lichtbogens auch weniger energieintensiv als andere Metall-AM-Verfahren wie LPBF und EBM. Darüber hinaus eignet sich das WAM-Verfahren für die Reparatur bestehender Metallstrukturen, wodurch die Lebensdauer älterer Teile verlängert werden kann – was immer ein Plus für die Umwelt ist.
Die Technologie von AML3D ermöglicht es Herstellern in den Bereichen Energie, Verteidigung, Schifffahrt und anderen Branchen nicht nur, ihre Produktion zu beschleunigen und ihre CO2-Bilanz zu verbessern, sondern auch dichte Metallteile herzustellen, die stärker sind als ihre geschmiedeten Pendants. In einem unabhängigen Test wiesen Stahlkomponenten, die mit dem WAM-Verfahren von AML3D im 3D-Druck hergestellt wurden, eine um 10 % höhere Zugfestigkeit (UTS) als geschmiedete Teile und eine um 30 % höhere Zugfestigkeit als der geltende globale Standard auf. AML3D hat auch Nickel-Aluminium-Bronze-Komponenten verglichen und festgestellt, dass seine gedruckten Teile eine um bis zu 50 % höhere Ermüdungsfestigkeit aufweisen.
Wachsende weltweite Anerkennung
Es ist keine Überraschung, dass eine Lösung, die eine schnellere, umweltfreundlichere und robustere Produktion von großformatigen Metallteilen ermöglicht, das Interesse von Industrieunternehmen weltweit geweckt hat. AML3D hat dieses Interesse erfolgreich genutzt und seine Aktivitäten in den Vereinigten Staaten, Großbritannien und Europa ausgebaut, wobei der Schwerpunkt auf Verteidigungs- und maritimen Anwendungen liegt.
So verkaufte AML3D im Juli eine seiner ARCEMY-Plattformen an Austal USA, die im Additive Manufacturing Center of Excellence der US-Marine eingesetzt werden soll. Vor kurzem verkaufte das Unternehmen zwei maßgeschneiderte ARCEMY X-Systeme mit einer Tragkraft von jeweils 10.886 kg an Nordamerikas größten Militärschiffbauer, HII Newport News. Das Unternehmen wird auch mit der US-Marine zusammenarbeiten, um deren maritime Industriebasis durch Materialcharakterisierung und Teilefertigung zu unterstützen. In Europa hat das Unternehmen sein Vertriebsnetz durch Partnerschaften mit Arc Additive Limited und DMFG Solutions GmbH ausgebaut. Es ist daher klar, dass die WAM-Technologie zunehmend Fuß fasst und die Herstellung von Metallteilen grundlegend verändert.
Dieser Artikel wurde ursprünglich im VM Focus Metal AM eBook von VoxelMatters veröffentlicht. Das vollständige eBook kann unter diesem Link kostenlos gelesen oder heruntergeladen werden.
