Wire Arc Additive Manufacturing: Een 2020-gids voor grootschalige metaal 3D-printen

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) is een opkomende metaal 3D-printtechnologie die de fabricage van grote, hoge-sterkte onderdelen mogelijk maakt over luchtvaart, maritiem en energiesectoren. Hoewel minder bekend dan poeder-gebaseerde systemen, biedt WAAM distincte voordelen in schaal, kosten en materiaalversatiliteit.

Hoe WAAM werkt

WAAM is een Direct Energy Deposition-proces dat een elektrische boog gebruikt om een continu metaaldraad te smelten. Een robotarm voedt het gesmolten draad op een basisplaat, het onderdeel laag voor laag bouwend. Het gedeponeerde metaal solidificeert in kralen die samen smelten om elke laag te vormen.

Omdat het proces las-gebaseerd is, kan WAAM opereren op elk draadvorm-metaal dat lasbaar is - roestvrij staal, nikkel-gebaseerde legeringen, titanium, aluminium en meer.

Voordelen van WAAM

• Grootschalige Productie - De robotarm's bereik, niet een poederbed-grootte, beperkt onderdeeldimensies. WAAM kan componenten van diverse meters lang creëren, een prestatie buiten de meeste poederbed-fusiemachines.
• Lagere Materiaal- & Apparatuurkosten - Draad-voedsel is veel goedkoper dan metaalpoeder, en WAAM-hardware gebruikt vaak off-the-shelf lasapparatuur.
• Hoge Dichtheid & Mechanische Sterkte - 100% dicht invoerdraad levert onderdelen met minimale porositeit, de prestaties van conventioneel gefabriceerde onderdelen evenaarend.
• Reparatie & Onderhoud - WAAM kan versleten kenmerken op turbinebladen, molden en dijken herbouwen, wat de noodzaak voor complete vervanging reduceert.

Beperkingen

• Residuele Spanning & Vervorming - Hoge temperaturen kunnen spanningen induceren die het onderdeel vervormen; actieve koeling of post-processing is vaak vereist.
• Afschermingsvereisten - Legeringen zoals titanium vereisen een inert gas-atmosfeer, wat de onderdelen-grootte beperkt en kosten toevoegt.
• Oppervlakteafwerking - WAAM produceert near-net-shape onderdelen die doorgaans bewerking vereisen voor finale tolerenties.

Belangrijkste spelers & Succeshistorieën

WAAM3D

Opgericht in 2018, commercialiseert WAAM3D Cranfield University IP om de supply-chain-kloof aan te pakken - software, hardware, materialen en diensten. Hun portfolio omvat een 2,5 m × 1,5 m titanium achterframe voor BAE Systems' Eurofighter Typhoon en een 1 m titanium drukvat voor Thales Alenia Space dat meer dan 200 kg per eenheid bespaarde en levertijd van maanden naar dagen reduzern.

AML3D

Opgericht in 2014 door vroegere Cranfield-student Andrew Sales, levert AML3D WAAM-gefabriceerde roestvrij-staal slijtringen voor maritieme schepen. Het bedrijf behaalde certificering van Lloyd's Register in 2019 en reducere onderdeel-levertijden van 6-8 weken naar slechts dagen, wat snelle schip-in-haven reparaties mogelijk maakt. Plannen zijn gaande om een Singapore-productiefaciliteit te openen om de regionale scheepvaarthub te bedienen.

Ramlab (Haven van Rotterdam)

Ramlab's WAAMpeller - 298 lagen nikkel-aluminium-brons - was 400 kg en in zeven maanden voltooid, wat WAAM's potentieel voor grote maritieme componenten demonstreert. De lab 3D-printte ook een 36.000 kg offshore kraanhuis voor Huisman Equipment, wat productie versnelde van negen maanden naar twee maanden.

MX3D

MX3D pionierde WAAM met een staalbrug en printte later een aluminium fietsframe in onder 24 uur, wat hoge buildsnelheden en generatief-ontwerpintegratie toont.

Gefertec

Gefertec's 3DMP® systeem kan onderdelen produceren tot 3 m³ en 3.000 kg. De hybride 3-as setup stelt directe post-print-bewerking toe. Gefertec printte een locomotief wielset-lagerdek - traditioneel een negen-maanden supply chain - binnen twee maanden, wat WAAM's rapid prototyping capaciteit illustreert.

Conclusie

Naarmate de vraag naar grote, complexe metaalcomponenten groeit, positioneert WAAM's unieke combinatie van schaal, kostenefficiëntie en materiaalprestaties het als een haalbaar alternatief voor traditionele manufacturing en andere additieve technologieën.