Forscher der NOVA University Lisbon entwickeln mit dem µ-WAAM-Verfahren eine hochpräzise 3D-Druck-Technologie mit Metalldrahtmaterialien mit einem Durchmesser von nur 250 µm. Der µ-WAAM-Ansatz eignet sich den Forschern zufolge für die Herstellung dünner Wände und anderer komplizierter Strukturen. Wir stellen ihn vor.

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Forscher der NOVA University Lisbon haben eine neue Form der Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)-AM-Technoloie für kleinformatige Teile mit feinen Details entwickelt. Die hochpräzise 3D-Druck-Technologie trägt den Namen µ-WAAM und nutzt Metalldrahtmaterialien mit einem Durchmesser von nur 250 µm. Bei herkömmlichem WAAM wird ein Draht mit einem Durchmesser von mehr als 1 mm verwendet. Die von den Forschern entwickelte Methode soll durch eine Kombination der Auflösung der Pulverbettfusion (PBF) mit den Abscheidungsraten und der Materialeffizienz von herkömmlichem WAAM  Präzision und Druckgeschwindigkeit bieten. Ihre Studie haben sie in einer Arbeit mit dem Titel „Micro Wire and Arc Additive Manufacturing (µ-WAAM)“ veröffentlicht.

Details zum µ-WAAM-Ansatz

Der µ-WAAM-Ansatz eignet sich den Forschern zufolge für die Herstellung dünner Wände und anderer komplizierter Strukturen. PBF ist die 3D-Druck-Technologie für kleinere Metallkomponenten. Ein Laser- oder Elektronenstrahl schmilzt pulverförmiges Ausgangsmaterial in einem Pulverbett und baut das Objekt Schicht für Schicht zum festen 3D-Teil auf. Der Punktlaser bei der PBF sorgt für hohe geometrische Genauigkeit, wird aber durch niedrige Auftragsraten und hohen Pulverabfall gebremst.

Wer eine größere Teileproduktion plant, für den ist der Directed Energy Deposition (DED)-Prozess die Technologie der Wahl. WAAM leidet unter schlechter Druckauflösung, weist jedoch hohe Materialauftragsraten auf. Das macht es ideal für Anwendungen mit großen Teilen in Branchen wie der Schifffahrt.

µ-WAAM System (Details)
Details zum µ-WAAM-3D-Druck-System (Bild © NOVA University Lisbon).

Die Methode der Forscher an der NOVA University Lisbon verwendet einen kundenspezifischen µ-WAAM-Lichtbogenbrenner mit einem kleinen Portalsystem. Der µ-WAAM-Drucker basiert auf dem kartesischen Koordinatensystem, nutzt Linearlager und herkömmliche Schrittmotoren. Das Drahtvorschubgerät wurde von den Filamentextrudern inspiriert, die in FFF-3D-Druckern zu finden sind. Ein Schrittmotor, der unter einem Radiallager komprimiert ist, treibt das Antriebszahnrad an.

Entwicklung eines µ-WAAM-Drucker

Das Team setzte eine 0,3 mm-Messingdüse ein, um den elektrischen Kontakt zum Drahtvorschub herzustellen. Als Stromquelle dient ein 12V/100Ah Akku. Da die herkömmlichen Schweißquellen nicht die nötigen IV-Eigenschaften für einen so kleinen Schweißlichtbogen bieten, war eine Batterie notwendig. Die NOVA-Forscher integrierten Schutzgas auf Argonbasis, um prozessbedingte Defekte wie Poren zu vermeiden und das Drahtmaterial vor Oxidation zu schützen.

Mit einigen dünnwandigen Strukturen aus Stahldraht testeten sie den µ-WAAM 3D-Drucker. Gelangen dem PBF-System nur Aufbauraten von 2 g/min, hat das µ-WAAM-System bis zu 5 g/min erreicht. Das kommt zwar noch lange nicht an die Abscheidungsrate von 18,5 g/min eines WAAM-Systems ran, ist aber angesichts der Größe des kundenspezifischen Systems beeindruckend.

3D-Druck-Objekt mit µ-WAAM-System gedruckt
Das µ-WAAM-System ist ein Mittelweg zwischen PBF und WAAM (Bild © NOVA University Lisbon).

WAAM liefert bei der Maßgenauigkeit Genauigkeiten von ±0,7 mm und erfordert so eine umfangreiche Nachbearbeitung, um hochwertige Oberflächen zu erzielen. Das µ-WAAM-Verfahren schafft eine Maßgenauigkeit von weniger als 0,3 mm. Das ist weniger präzise als die ±0,04 mm der PBF, ist aber ein guter Mittelweg zwischen den beiden Systemen. Mehr Entwicklungen zu der Technologie gibt es regelmäßig neu im 3D-grenzenlos Magazin-Newsletter (hier abonnieren).

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