Das Projekt Ad-Proc-Add II (Advanced Processing of Additively Manufactured Parts II) – koordiniert vom Ecoplus Mechatronik-Cluster, FKM und KU Leuven – zielte darauf ab, die Wirtschaftlichkeit und Präzision in der Fertigung hochkomplexer Bauteile zu steigern. In enger Zusammenarbeit mit Partnerinstitutionen aus Österreich, Deutschland und Belgien beteiligte sich auch das IFT der TU Wien (Institut für Fertigungstechnik und Photonische Technologien) am Projekt und entwickelte Ansätze zur Kombination additiver und subtraktiver Verfahren.
Ein Forschungsschwerpunkt der Wiener Forschenden lag dabei in der Analyse der resultierenden Werkstoffstruktur und Oberflächenintegrität entlang der Additive-Subtractive-Manufacturing (ASM)-Prozesskette. Im Bereich Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) untersuchte das IFT-Team unter anderem den Einfluss verschiedener Prozessparameter und Nachbearbeitungsmethoden auf Oberflächen- und Substruktureigenschaften. Mit den Ergebnissen liefert das IFT entscheidende Erkenntnisse für die Einstellung von Bauteileigenschaften wie Härte, Eigenspannungen und Rauheit.
Machine Hammer Peening, eine vom IFT getestete, maschinell ausgeführte Zwischenbehandlung, zeigte zudem signifikante Verbesserungen hinsichtlich der Verdichtung und Homogenisierung der Oberflächen von additiv gefertigten Bauteilen. Kombiniert mit Methoden wie Shot Peening und Hirtisation gelang es den Forschenden, die Nachbearbeitung systematisch zu optimieren.
Simulation als Brücke zwischen Additiv und Subtraktiv
Das IFT entwickelte zudem ein Simulationsmodell zur Beschreibung der Topographie, Spannungsverteilung und Deformation von AM-Komponenten, vor dem eigentlichen Fertigungsprozess. Mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) wurde die Basis für eine vorausschauende Prozessplanung geschaffen.
In einem weiteren Schritt haben die IFT-Forschenden die Simulation um eine Analyse der Zerspanbarkeit ergänzt – mit dem Ziel, Bearbeitungsstrategien im Vorfeld auf Basis der AM-Daten zu optimieren. Dadurch ermöglichte das Team eine präzise Definition der minimal nötigen Bearbeitungszugaben, was Materialaufwand und Nachbearbeitungszeit reduziert.
Hybride CAM-Systeme und Prozessdaten-Datenbanken
Zur digitalen Integration der ASM-Prozesskette entwickelte das IFT zudem einen Prototyp zu einer CAM-Regel-Engine. Dieser erlaubt die automatisierte Anpassung von Werkzeugbahnen auf Grundlage sensorgestützter Prozessdaten. Das System wurde in eine eigens entwickelte prozessübergreifende Datenbank eingebettet, welche Parameter und Sensordaten aus verschiedenen Fertigungsschritten verknüpft. Nach Ansicht der Forschenden rückt damit eine vollständig datengestützte Prozesskette in greifbare Nähe.
Anwendbarkeit für den Mittelstand
Ein besonderes Augenmerk legte das IFT auf die industrielle Anwendbarkeit – insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU). Durch die gezielte Kombination von Forschung, Simulation und praktischer Validierung wurden, gemeinsam mit den 15 Österreichischen Industriepartnern, nutzbare Anwendungen geschaffen, etwa zur einfachen Integration von WAAM-Prozessen in bestehende Fertigungslinien.
Internationale Zusammenarbeit
Ad-Proc-Add II wurde vom Forschungskuratorium Maschinenbau (FKM) koordiniert und von Institutionen wie dem Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) Stuttgart und dem Institut für Spanende Fertigung (ISF) Dortmund begleitet. Das IFT war mit einem interdisziplinären Team unter der Leitung von Prof. Dr. Friedrich Bleicher am Projekt beteiligt.
Das Projekt wurde durch die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG), das Deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und die Flanders Agency for Innovation & Entrepreneurship (VLAIO) gefördert.
