Erstmals Stahlbrücke per 3D-Druck hergestellt

Das Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik (IFSW) der TU Darmstadt verfügt über zwei Schweißroboter, mit denen die Wissenschaftler verschiedene Möglichkeiten der additiven Fertigung im Stahlbau erforschen können. Angespornt durch eine niederländische Firma, die eine Brücke mithilfe von Robotern in einer Industriehalle baut, tüftelten die wissenschaftlichen Mitarbeiter Christopher Borg Costanzi, Maren Erven und Thilo Feucht an einem Konzept, das den auskragenden Brückendruck direkt über fließendem Gewässer erlaubt. Im Rahmen des Forschungsprojekts "AM Bridge 2019" gelang es den Forschenden nun, erstmals eine Stahlbrücke aus dem 3D-Drucker herzustellen. "Die bisher gedruckten Brücken wurden immer vertikal hergestellt, weil das flüssige Schweißgut sonst heruntertropft. Unser Verfahren erlaubt es dagegen, im Schrägen zu drucken", erklärt Thilo Feucht.

Bei der Suche nach einem geeigneten Prozess für den horizontalen Materialauftrag stießen die drei Wissenschaftler auf die Variante CMT Cycle Step von Fronius. "Diese erlaubt den Forschern, nicht nur die Anzahl der Einzeltropfen, sondern auch die Pausenzeit zwischen den Schweißzyklen exakt zu steuern", erklärt Ingo Pfeiffer, Regionaler Vertriebsleiter bei Fronius Deutschland. In Kombination mit dem aktiven Schutzgas - in diesem Fall eine Mischung aus Argon und CO₂ - ist das Ergebnis eine wärmereduzierte Schweißraupe mit einem hohen Maß an Reproduzierbarkeit.

Eingebunden ist der CMT Cycle Step in das WAAM-Verfahren (Wire + Arc Additive Manufacturing), bei dem die Drahtelektrode als Druckmaterial dient. Mit diesem Verfahren lassen sich auch große Bauteile drucken. Die Brücke in Darmstadt hat eine Spannweite von rund 2,80 Metern. Sie wird im fertigen Zustand 1,50 Meter breit sein und rund 220 Kilogramm wiegen. Theoretisch schafft der Schweißroboter, die Brücke um einen Meter pro Woche wachsen zu lassen, wenn keine Probleme aufgetreten wären. "Doch die gehören dazu", sagt Fachbereichsleiter Jörg Lange. "Es ist ja schließlich Forschung. Würde alles klappen, wäre es Engineering." Die Herausforderungen lagen unter anderem in den großen Temperaturunterschieden, die zum Bauteilverzug führten, sowie in der Wahl der richtigen Schweißparameter.

[Quelle: METALL 10/2020]