Wie neue Systeme Maßstäbe in Sachen Produktivität, Präzision und Prozessfreiheit setzen
Effizienz neu gedacht: Wirtschaftliche Vorteile drahtbasierter Prozesse

Die drahtbasierte additive Fertigung entwickelt sich zunehmend zu einer industriell relevanten Alternative zu Pulverbettverfahren (Laser Powder Bed Fusion, L-PBF). Insbesondere bei großvolumigen Bauteilen, speziellen Legierungen oder kostenkritischen Anwendungen spielt sie ihre Stärken aus: hohe Auftragsraten, einfache Handhabung und Materialeffizienz. Neue Systemgenerationen ermöglichen nun auch die Präzision und Automatisierung, die für den industriellen Serieneinsatz erforderlich sind.

Grenzen klassischer Pulverbettverfahren

Pulverbettbasierte Verfahren wie das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen (Laser Powder Bed Fusion) gelten seit Jahren als technologische Referenz in der additiven Metallfertigung. Doch bei großvolumigen Werkstücken, hohen Stückzahlen oder Speziallegierungen stoßen sie derzeit noch an physikalische und wirtschaftliche Grenzen. Die Handhabung großer Pulvermengen, die Inertisierung ganzer Prozesskammern und die damit verbundenen Energie- und Sicherheitsanforderungen erhöhen Aufwand und Kosten. Zudem limitiert die Prozessarchitektur die maximale Bauraumgröße und erschwert den Einsatz bestimmter Legierungen, die als Pulver nicht immer verfügbar oder schwer zu verarbeiten sind.

Additive Fertigung mit Draht: Eine flexible Alternative

Um diesen Problemen auszuweichen, benötigt es innovative Ansätze, die Alternativen zum Metallpulver als Ausgangsmaterial eröffnen. Mit der Entwicklung bspw. der AconityWIRE hat etwa die Aachener Aconity3D GmbH eine neue Systemgeneration geschaffen, die das Potenzial drahtbasierter additiver Fertigung konsequent für industrielle Anwendungen nutzbar macht. Das System kombiniert hohe Auftragsraten und Prozessgeschwindigkeit mit der Präzision und Regelbarkeit, die bislang nur aus Pulverbettverfahren bekannt waren. Damit eröffnet sich eine Brücke zwischen den beiden Welten – von der Forschung bis zur Serienfertigung.

„Mit der drahtbasierten Fertigung schließt sich die Lücke zwischen hochauflösenden Pulverbettverfahren und den klassischen Schweißprozessen“, erläutert Michael Stockschläder, Application Development bei Aconity3D. „Das Laser-Draht-Auftragsverfahren – kurz Wire-LMD – kombiniert dafür hohe Prozessgeschwindigkeit mit präziser Schichtführung und exzellenter Materialeffizienz.“

Im Gegensatz zu pulverbasierten Systemen entfällt vor allem das aufwendige Pulvermanagement. Als Ausgangsmaterial dienen handelsübliche Schweißdrähte, die günstig, leicht verfügbar und sicher zu handhaben sind. Dank lokaler Schutzgasströmung kann der Fertigungsprozess nahezu unmittelbar nach dem Einlegen des Substrats gestartet werden, ohne die Notwendigkeit einer großvolumigen Kammer-Inertisierung. Damit verkürzt sich die Rüstzeit signifikant, während die Prozessstabilität gleichzeitig steigt.

Präzision und Produktivität im Gleichgewicht

Mit der AconityWIRE steht eine Maschine zur Verfügung, die die Vorteile drahtbasierter Verfahren mit den Anforderungen industrieller Fertigung vereint. Der zylindrische Bauraum von 400 mm Durchmesser und 780 mm Höhe deckt ein breites Anwendungsspektrum ab, wodurch sich sowohl für Forschungseinrichtungen als auch für industrielle Produktionsumgebungen eine Eignung ergibt. Ein sechsgliedriger Roboterarm in Kombination mit einem Schwenk- und Drehtisch ermöglicht neuartige Prozessstrategien.

„Diese Bewegungsfreiheit ist ein entscheidender Faktor“, so Stockschläder. „Sie erlaubt es, Geometrien aufzubauen, die mit Pulverbettverfahren kaum realisierbar wären, etwa komplex gekrümmte Strukturen, konturnahe Aufbauten oder variable Schichthöhen in einem einzigen Bauprozess. Dies eröffnet wiederum neuartige Gestaltungsmöglichkeiten für Designer und Konstrukteure.“

Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit im Fokus

Die AconityWIRE ist konsequent auf Effizienz ausgelegt. Durch hohe Auftragsraten und den nahezu vollständigen Materialeinsatz lassen sich Bauteile deutlich schneller und kostengünstiger herstellen als etwa im L-PBF-Verfahren. Der Verzicht auf Pulverhandling und Inertisierung reduziert Betriebskosten, Energieverbrauch und Wartungsaufwand erheblich. Gleichzeitig sinken die Anforderungen an den Arbeitsschutz.

Zudem ist das System offen für gängige G-Code-Formate und CAM-Systeme, was die Integration in bestehende Fertigungsabläufe erleichtert. „Für viele Anwender kann das auch einen Türöffner in die additive Fertigung bedeuten“, erklärt Stockschläder. „Sie können mit vertrauten Werkstoffen und Datenformaten arbeiten, ohne vorher eine aufwendige Schulung durchlaufen haben zu müssen oder teure Spezialmaterialien vorzuhalten.“

Darüber hinaus leistet die Technologie auch einen Beitrag zur Ressourcenschonung. Die nahezu hundertprozentige Materialausnutzung und die Energieeffizienz der Laserquelle führen zu einem deutlich kleineren ökologischen Fußabdruck. Dadurch wird die additive Fertigung mit Draht als Ausgangsstoff für Unternehmen, die Nachhaltigkeit als strategisches Ziel verfolgen, auch aus ökologischer Sicht attraktiv.

Prozessüberwachung und Qualitätssicherung in Echtzeit

Zur Gewährleistung einer hohen Prozessstabilität verfügt die AconityWIRE über eine integrierte Sensorik. Dazu zählen Drahtkontakt- und Drahtkraftüberwachung, eine optionale Pyrometrie zur Emissionsmessung sowie Monitoring-Kameras, die den Prozess kontinuierlich dokumentieren. Die Daten lassen sich in Echtzeit auswerten und dienen der automatisierten Regelung sowie der nachgelagerten Qualitätssicherung.

„Für viele industrielle Anwender ist die Dokumentation ein wichtiges Kriterium“, betont Stockschläder. „Das System ist dazu in der Lage, alle relevanten Prozessparameter aufzuzeichnen und ermöglicht eine Rückverfolgbarkeit bis auf Einzelspur-Ebene. Damit wird die Voraussetzung für reproduzierbare Ergebnisse und Zertifizierbarkeit geschaffen, was einen wesentlichen Schritt in Richtung Serieneinsatz darstellt.“

Werkstoffe, Anwendungen und Automatisierung

Die AconityWIRE verarbeitet Standard-Schweißdrähte im Durchmesserbereich von 0,6 bis 1,2 mm, unter anderem Edelstahl, Inconel, Titan und Aluminium. Eine Besonderheit ist die Multimaterialfähigkeit, die automatische Drahtwechsel zwischen verschiedenen Werkstoffen erlaubt. Damit eignet sich die Maschine nicht nur für den Aufbau neuer Bauteile, sondern auch für Reparatur- und Remanufacturing-Prozesse, etwa in der Luft- und Raumfahrt oder im Werkzeugbau.

Ein Anwendungsbeispiel zeigt sich an der Reparatur von Turbinenschaufeln, bei denen verschlissene Bereiche additiv neu aufgebaut werden können. Auch in der Energietechnik oder im Maschinenbau lassen sich verschleißgefährdete Komponenten durch die drahtbasierte additive Fertigung wirtschaftlich instandsetzen. „Gerade im Bereich Remanufacturing besteht großes Nutzenpotenzial“, erklärt Stockschläder. „Verschlissene Bereiche ansonsten noch einsatzfähiger Komponenten lassen sich lokal gezielt aufbauen und in den Produktionskreislauf zurückführen. Dadurch leistet drahtbasierte additive Fertigung einen weiteren wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft.“

In Kombination mit Softwarelösungen wie OpenARMS der BCT GmbH können 3D-Scans geplant und automatisch ausgeführt sowie ausgewertet werden. Außerdem lassen sich auch Reparaturstrategien automatisch berechnen und G-Code-Dateien direkt ausführen. So entsteht eine durchgängig automatisierte Prozesskette für additives Fertigen, Reparieren und Beschichten von Bauteilen.

Sicherheit und modulare Erweiterbarkeit

Für den industriellen Betrieb erfüllt die AconityWIRE hohe Sicherheitsstandards: Eine voll abgeschirmte Prozesskammer, Laserschutzmechanismen, Lichtschranken und integrierte Filter- und Absauganlagen gewährleisten einen sicheren Betrieb. Zudem wird der gesamte Arbeitsbereich kontinuierlich überwacht. Ein weiterer Vorteil liegt in der modularen Architektur, die individuelle Anpassungen und Erweiterungen erlaubt.

„Das System bleibt nicht statisch“, betont Stockschläder. „Es wächst mit den Anforderungen des Anwenders. Zusätzliche Sensoren, Softwaremodule oder Automatisierungsfunktionen lassen sich ganz im Sinne einer offenen Maschinenphilosophie jederzeit integrieren.“

Perspektiven für Forschung und Industrie

Die AconityWIRE ist die erste DED-Anlage (Directed Energy Deposition) im Produktportfolio von Aconity3D und adressiert damit die Lücke zwischen offener Prozessforschung und robusten Reparatur- bzw. Auftragsprozessen.

Die Anlage erlaubt den Eingriff in Prozessparameter (u. a. Laserleistung und Drahtvorschub) sowie den Zugriff auf Roh- und Sensordaten über dokumentierte Schnittstellen. Bereits heute ist das System in mehreren Forschungseinrichtungen im Einsatz, unter anderem an der Technischen Hochschule Rosenheim, wo etwa additive Reparaturprozesse und Multimaterialaufbauten untersucht werden.

Fazit

Die AconityWIRE schließt eine technologische Lücke zwischen Pulverbettverfahren und klassischen DED-Systemen. Durch hohe Produktivität, flexible Prozessführung und benutzerfreundliche Integration in bestehende Fertigungsumgebungen bietet sie einen praxisnahen Einstieg in die additive Drahtfertigung. Ihre Offenheit für Materialien, Prozesse und Softwarelösungen macht sie zu einer zukunftsfähigen Plattform für Forschung, Entwicklung und industrielle Serienanwendungen gleichermaßen. Damit leistet sie einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der additiven Fertigung hin zu mehr Wirtschaftlichkeit, Automatisierung und Nachhaltigkeit.

Autor: Patrick Schulze, Journalistin für Wordfinder
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