Die additiv gefertigte Brücke hat eine Spannweite von etwa 2,80 Metern. Im fertigen Zustand wird sie 1,50 Meter breit sein und rund 220 Kilogramm wiegen.
Foto: Fronius

Schweißen

Wie sich Stahlbrücken drucken lassen

Deutsche Wissenschaftler errichteten die erste vor Ort additiv gefertigte Stahlbrücke. Möglich machte das 3D-Druck-Projekt ein Schweißprozess von Fronius.

Das Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik (IFSW) der TU Darmstadt hat jetzt eine Methode entwickelt, um Brückenteile mit Hilfe von Schweißrobotern vor Ort sozusagen über fließendem Gewasser im 3D-Druck herzustellen.

Das IFSW verfügt über über zwei Schweißroboter, mit denen die Wissenschaftler verschiedene Möglichkeiten der additiven Fertigung im Stahlbau erforschen. Angespornt durch eine niederländische Firma, die eine Brücke mithilfe von Robotern in einer Industriehalle baut, erarbeiteten die wissenschaftlichen Mitarbeiter Christopher Borg Costanzi, Maren Erven und Thilo Feucht ein Konzept, das den auskragenden Brückendruck direkt über fließendem Gewässer erlaubt.
„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.

Sicherer Prozess mit CMT Cycle Step

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. Die Pausenzeiten sind gerade für das horizontale Auftragsschweißen wichtig, da sie jedem Schweißpunkt ausreichend Zeit zum Abkühlen geben. 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.

Mit Fronius auch große Bauteile drucken

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 etwa 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 auftreten würden.
„Doch die gehören dazu“, erklärt Fachgebietsleiter Professor Dr.-Ing. 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.

Kommen jetzt Stahlbrücken aus dem 3D-Drucker?

Und das Ergebnis? Ob wirklich einmal Stahlbrücken durch Roboter vor Ort gedruckt werden, ist aus heutiger Sicht nicht zu beantworten. Das Wissen aus diesem Forschungsvorhaben und die Erfahrung mit dem Schweißprozess von Fronius ermöglichen jedoch den zeitnahen Einsatz additiver Fertigungsverfahren im kleineren Rahmen, zum Beispiel zum Toleranzausgeich von Stahlbauteilen – direkt auf der Baustelle.

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