Entwicklung einer Methode zur additiven Fertigung, Qualitätssicherung und Bemessung topologieoptimierter Knotenbauteile im Stahlbau

Abstract

Die Arbeitspakete der IGESS mbH im Verbundforschungsprojekt WAAMlight untersuchen systematisch die technischen Potenziale, Grenzen und anwendungsrelevanten Besonderheiten des Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) für den konstruktiven Stahlbau. Auf Basis experimenteller, numerischer und konstruktiver Untersuchungen wurde gezeigt, dass WAAM insbesondere bei geometrisch komplexen, lastpfadgerechten oder funktionsintegrierten Strukturen signifikante Vorteile gegenüber konventionellen Verfahren bietet. Gleichzeitig konnte nachgewiesen werden, dass Bauteilqualität und Werkstoffeigenschaften stark prozessabhängig sind und lokale Schwankungen im Wärmeeintrag, der Bahnplanung und der Abkühlzeit zu heterogenen Materialkennwerten und herstellungsbedingten Fehlstellen führen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Bemessung nach DIN EN 1993 grundsätzlich möglich ist, sofern werkstoffmechanische Kennwerte experimentell abgesichert sowie begleitende Qualitätssicherungsmaßnahmen durchgeführt werden. Zwingende Erstmusterprüfungen, eine enge Verzahnung von Planung und Fertigung sowie alternative ZfP-Strategien werden als notwendige Voraussetzungen identifiziert. Das Projekt markiert wesentliche Entwicklungsbedarfe, u. a. in den Bereichen Ermüdungsverhalten, Toleranzdefinition, zerstörungsfreier Prüfung, Bahnplanung und Prozessautomatisierung. Insgesamt bestätigen die Ergebnisse das hohe Potenzial von WAAM für eine individualisierte, ressourceneffiziente Stahlbaufertigung, zeigen jedoch zugleich die technologischen und organisatorischen Herausforderungen für eine breite Implementierung im Bauwesen auf.