Anwendung von FSW in der additiven Fertigung
FSW in der additiven Fertigung ist eine Innovation, die für die Hersteller von Metallteilen viele Vorteile bietet. Die Integration dieses Schweißverfahrens in den Bereich des 3D-Drucks ist relativ neu und zeugt von seiner Effizienz.
Ursprünglich zum Schweißen von Aluminiumlegierungen entwickelt, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu verbinden sind, hat sich das Friction Stir Welding (FSW) schnell als revolutionäre Lösung für verschiedene Industriezweige entpuppt…
Dieses Verfahren unterscheidet sich von anderen Schweißverfahren dadurch, dass es nicht geschmolzen wird. Dies führt zu einer hohen Qualität der Schweißnähte, minimalem Verzug und verbesserten mechanischen Eigenschaften. Seine Verwendung wurde daher auch auf andere Anwendungen wie die additive Fertigung ausgeweitet.
Aber was ist die additive Fertigung? Wie wird das Rührreibschweißen in diesem Bereich eingesetzt? Und was sind die gängigen Anwendungen? In diesem Artikel erläutert Ihnen TRA-C industrie mehr über die Prinzipien und Interessen des FSW für den 3D-Druck!
Was ist additive Fertigung?
Die additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, ist ein Produktionsverfahren, bei dem Gegenstände durch das Übereinanderlegen aufeinanderfolgender Materialschichten geschaffen werden. Dabei handelt es sich in der Regel um Kunststoffe, Metalle und Keramiken, die in Form von Pulver, Draht oder Flüssigkeit vorliegen.
Mit einem computergestützten Designtool wird das Objekt am Computer entworfen. Ein 3D-Drucker erhält dann die Informationen, um das Material Schicht für Schicht aufzubringen oder zu verfestigen, bis das fertige Teil entsteht!
Die Anwendungsmöglichkeiten der additiven Fertigung sind breit gefächert und reichen von der Herstellung von Prototypen bis hin zu gedruckten Teilen für die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und die Medizin. Diese Technologie revolutioniert die Art und Weise, wie Produkte entworfen und hergestellt werden.
Einer der größten Vorteile der 3D-Fertigung ist ihre Fähigkeit, Produkte an die spezifischen Bedürfnisse der Benutzer anzupassen. Sie ermöglicht es, maßgeschneiderte Objekte schnell und kostengünstig herzustellen und gleichzeitig den Abfall zu reduzieren…
Funktionsprinzip des Rührreibschweißens
Friction Stir Welding ist ein Verfahren zum Schweißen im festen Zustand. Es verwendet eine rotierende, nicht verbrauchbare Spitze, die zwischen zwei zu verbindenden Teilen platziert wird. Die durch das Werkzeug erzeugte Rotation und Reibung erhitzt das Material unterhalb seines Schmelzpunkts, wodurch es erweicht.
Das rotierende Werkzeug vermischt die Materialien der beiden Teile entlang der Schweißlinie und schafft so eine feste Schweißverbindung ohne Schmelzen. Dieser Prozess reduziert die typischen Fehler, die mit herkömmlichen Schweißverfahren verbunden sind, wie Risse und Porosität…
Der Druck, den das Werkzeug auf das Material ausübt, bewirkt eine lokale Plastizität, wodurch die beiden Teile in fester Form miteinander verschmelzen. Diese Methode gewährleistet eine homogene Schweißnaht mit verbesserten mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Techniken.
FSW eignet sich besonders für Aluminiumlegierungen und andere schwer zu schweißende Materialien. Es ist somit eine effektive Lösung, um starke, langlebige, umweltfreundliche und kostengünstige Verbindungen in anspruchsvollen industriellen Anwendungen zu schaffen!
Integration von FSW in die additive Fertigung
FSW in der additiven Fertigung wird verwendet, um mehrere Metallteile miteinander zu verbinden. Es ermöglicht das Zusammenschweißen großer Abschnitte oder Module, die aufgrund der Größenbeschränkungen von 3D-Druckern nicht in einem Stück gedruckt werden können.
Der FSW dient auch dazu, aufeinanderfolgende Metallschichten direkt während des additiven Fertigungsprozesses zu verschweißen. Auf diese Weise festigt er empfindliche Verbindungsstellen oder Übergangsbereiche zwischen verschiedenen Abschnitten eines 3D-gedruckten Teils…
Das Rührreibschweißen ist auch nützlich, um hergestellte Teile zu reparieren oder zu verändern, indem Material in beschädigte oder abgenutzte Bereiche eingefügt wird. Es ist daher ideal, um bereits bestehende Strukturen anzupassen oder zu verstärken.
Schließlich ist diese Technik auch für hybride additive Fertigungsverfahren nützlich. Sie kommt nach dem 3D-Druck zum Einsatz, um Metallkomponenten in aus Polymeren gedruckte Strukturen zu integrieren. Sie ermöglicht es, die Montage komplexer Komponenten abzuschließen!
Die Vorteile von FSW im 3D-Druck
Die Integration von FSW in die additive Fertigung bietet mehrere bedeutende Vorteile. Zu den wichtigsten Vorteilen des Rührreibschweißens im 3D-Druck gehören:
- Höhere Qualität der Schweißnähte: FSW ermöglicht zunächst einmal die Herstellung von Verbindungen ohne Risse und Porosität. Dies sind häufige Fehler bei herkömmlichen Schmelzschweißverfahren;
- Geringere thermische Verzerrung: Da kein Schmelzvorgang stattfindet, minimiert FSW die durch Hitze verursachte Verzerrung. Dadurch bietet es eine bessere Dimensionsstabilität der gedruckten Teile;
- Kompatibilität mit schwer zu schweißenden Materialien: Mit FSW ist es auch möglich, komplexe Legierungen zu verbinden. Aluminium und Titan sind nämlich mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu schweißen;
- Verbesserte mechanische Belastbarkeit: Die von FSW hergestellten Schweißnähte sind auch robuster und langlebiger. Sie erhöhen die Widerstandsfähigkeit der Teile gegen mechanische Belastungen;
- Energieeinsparungen: FSW verbraucht weniger Energie als Schmelzschweißverfahren. Es trägt somit zur Senkung der Produktionskosten und zur Verringerung der CO2-Bilanz bei;
- Flexible Nutzung: FSW wird schließlich verwendet, um komplex geformte Teile zusammenzufügen, die auf die speziellen Anforderungen der additiven Fertigung zugeschnitten sind.
Konkrete Anwendungen von FSW in der additiven Fertigung
Aufgrund seiner Stärken haben viele Industriezweige die Vorteile des FSW in der additiven Fertigung genutzt. Hier einige der gängigen Anwendungen dieses innovativen Verfahrens:
- Herstellung von Teilen für die Luft- und Raumfahrt: Diese Technologie ermöglicht zunächst die Herstellung von leichten und widerstandsfähigen Bauteilen. Aber auch die Reparatur von beschädigten empfindlichen Teilen;
- Herstellung von Autoteilen: In ähnlicher Weise wird es zur Herstellung komplexer Teile und zur Reparatur kritischer Komponenten in der Automobil- und E-Mobilitätsbranche eingesetzt;
- Verstärkung von Industriestrukturen: In der Baubranche wird FSW auch zur Verstärkung oder Reparatur bestehender Metallstrukturen verwendet und auf diese Weise verlängert es deren Lebensdauer und verbessert deren Leistung;
- Herstellung von Werkzeugen und Formen: In Verbindung mit dem 3D-Druck ermöglicht das FSW die Herstellung von widerstandsfähigen Formen und Werkzeugen. Es bietet daher individuelle und nachhaltige Fertigungslösungen;
- Erstellung von Prototypen und Modellen: In der additiven Fertigung ermöglicht der FSW endlich die Erstellung von Prototypen in großem Maßstab. Damit erleichtert es die Entwicklung und das Testen neuer Produkte.
Eine von FSW abgeleitete Technologie für den 3D-Druck
Aufgrund der Vorteile des Rührreibschweißens hat das amerikanische Unternehmen Aeroprobe eine abgeleitete Technologie vom FSW in der additiven Fertigung entwickelt. Dieses als MELD bezeichnete Verfahren des 3D-Festkörperdrucks ermöglicht die Herstellung von Teilen ohne Schmelzen.
Diese neue Technologie kombiniert die Rotationsreibung und den starken Druck eines Metallstabs auf eine Unterlage. Anstelle der rotierenden Spitze (Pion), die bei FSW verwendet wird, dient dieser feste Stab als Zusatzmetall, das mithilfe eines Roboterarms hinzugefügt wird.
Dieses additive Metallknetverfahren fügt in kürzester Zeit Metallschichten in pastösem Zustand hinzu, ohne dass dabei Rohstoffe verschwendet werden. Mit diesem Verfahren können Sie Rohlinge herstellen, Auftragsschweißungen durchführen oder einem bestehenden Teil neue Funktionen hinzufügen.
Die meisten aktuellen Technologien für den metallischen 3D-Druck beruhen auf der Verwendung von Laser, Elektronenstrahl, Sinterung, Bindemittelstrahl oder dem Aufbringen einer Schweißnaht. MELD hingegen kommt völlig ohne direkte Wärmezufuhr aus.
TRA-C industrie, FSW-Experte in der additiven Fertigung
Als innovative Technologie wird das Rührreibschweißen heute in vielen Branchen eingesetzt. So hat seine Effizienz die Industrie dazu veranlasst, spezielle Anwendungen für das FSW in der additiven Fertigung zu entwickeln.
Die Anwendungen des Friction Stir Welding enden jedoch nicht mit dem 3D-Druck. Es ermöglicht auch das Zusammenfügen großer Teile, das Schweißen von Objekten mit komplexen Konfigurationen und die Herstellung von Schweißnähten, die extremen Belastungen standhalten.
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