10.58134 A new slicing workflow to effectively bridge design to process for components from Directed Energy Deposition with arc

Abstract

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ist eine vielversprechende Technologie zur effizienten und kosteneffektiven Herstellung metallischer Bauteile mittels additiver Fertigung. Im Vergleich zu alternativen Verfahren zeichnet sich WAAM durch höhere Materialauftragungsraten bei reduzierten Kosten aus. Ein zentraler Aspekt ist der Slicing-Prozess, bei dem ein dreidimensionales CAD-Modell in Schichten unterteilt und Maschinensteuerungs-parameter festgelegt werden. Während für die polymere 3D-Drucktechnik zahlreiche Slicing-Werkzeuge frei verfügbar sind, erfordert WAAM spezialisierte Softwarelösungen, da die Materialqualität stark von den Prozessparametern abhängt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst eine Nutzwertanalyse quelloffener Slicer-Software-Lösungen durchgeführt. Für die verwendete Systemkonfiguration, eine GEFERTEC 3DMP Maschine (arc 605) in Verbindung mit einem Fronius TransPuls Synergic 4000 CMT Schweißsystem, erwies sich Cura als optimale Basisplattform. Durch die Implementierung angepasster Skript-Module wurde die Funktionalität für WAAM-Anwendungen realisiert und erweitert. Der neu entwickelte Slicing-Workflow wurde anhand verschiedener Testgeometrien validiert und anschließend anhand eines Demonstrator-bauteils mit dem Standard-Workflow über Rhino und Grasshopper verglichen. Die daraus hervorgegangene Methodik reduzierte die G-Code-Einrichtungszeiten konsistent von mehreren Stunden auf circa fünf Minuten bei mindestens gleichwertiger, meist signifikant verbesserter Form- und Maßhaltigkeit, was die Validität und Effektivität der Methodik unterstreicht.