Additive und subtraktive Verfahren kombinieren IFT Wien treibt hybride Fertigung voran

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Im Rahmen des internationalen Forschungsprojekts Advanced Processing of Additively Manufactured Parts II (Ad-Proc-Add II) entwickelt das Institut für Fertigungstechnik und Photonische Technologien (IFT) der TU Wien hybrider Fertigungsprozesse voran. Im Fokus stehen neue Ansätze zur Kombination additiver und subtraktiver Verfahren.

Das Institut für Fertigungstechnik und Photonische Technologien (IFT) an der Technischen Universität Wien zählt zu den führenden Forschungseinrichtungen im Bereich der Fertigungswissenschaften in Europa. Mit einem Fokus auf additive Fertigung, Präzisionsbearbeitung und digitale Prozessintegration verfolgt das IFT das Ziel, innovative Lösungen für die Produktion der Zukunft zu entwickeln.

Das durch die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG), das Deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und die Flanders Agency for Innovation & Entrepreneurship (VLAIO) geförderte Projekt zielte darauf ab, die Wirtschaftlichkeit und Präzision in der Fertigung hochkomplexer Bauteile zu steigern. Dabei spielte das IFT eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung anwendungstauglicher Technologielösungen.

Werkstoff- und Prozesswissen für WAAM-Komponenten

Ein Forschungsschwerpunkt des IFT lag in der Analyse der resultierenden Werkstoffstruktur und Oberflächenintegrität entlang der Additive-Subtractive-Manufacturing (ASM)-Prozesskette. Im Bereich Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) untersuchten die Wiener Forschenden unter anderem den Einfluss verschiedener Prozessparameter und Nachbearbeitungsmethoden auf Oberflächen- und Substruktureigenschaften.

Die Ergebnisse liefern entscheidende Erkenntnisse für die gezielte Einstellung von Bauteileigenschaften wie Härte, Eigenspannungen und Rauheit.

Machine Hammer Peening, eine vom IFT getestete, maschinell ausgeführte Zwischenbehandlung, zeigte signifikante Verbesserungen hinsichtlich der Verdichtung und Homogenisierung der Oberflächen von additiv gefertigten Bauteilen. Kombiniert mit Methoden wie Shot Peening und Hirtisation konnte die Nachbearbeitung systematisch optimiert werden.

Simulation als Brücke zwischen Additiv und Subtraktiv

Ein herausragender Beitrag des IFT war die Entwicklung eines Simulationsmodells, um Topographie, Spannungsverteilung und Deformation von AM-Komponenten bereits vor dem eigentlichen Fertigungsprozess zu beschreiben. Mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) wurde die Basis für eine vorausschauende Prozessplanung geschaffen.

In einem weiteren Schritt wurde die Simulation um eine Analyse der Zerspanbarkeit ergänzt – mit dem Ziel, Bearbeitungsstrategien im Vorfeld auf Basis der AM-Daten zu optimieren. Dies ermöglicht eine präzise Definition der minimal nötigen Bearbeitungszugaben und reduziert Materialaufwand und Nachbearbeitungszeit erheblich.

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 das automatisierte Anpassen von Werkzeugbahnen auf Grundlage sensorgestützter Prozessdaten. Das System wurde in eine eigens entwickelte prozessübergreifende Datenbank eingebettet, welche Parameter und Sensordaten aus verschiedenen Fertigungsschritten verknüpft. Damit rückt eine vollständig datengestützte Prozesskette in greifbare Nähe.

Außerdem legte das IFT ein besonderes Augenmerk 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 Lösungen geschaffen, etwa zur einfachen Integration von WAAM-Prozessen in bestehende Fertigungslinien. Das Ergebnis: Technologien, die praxistauglich, wirtschaftlich und skalierbar sind.

Starke internationale Zusammenarbeit

Das Ad-Proc-Add II-Projekt wurde vom Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. (FKM) koordiniert und von namhaften Institutionen wie dem Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) Stuttgart und dem Institut für Spanende Fertigung (ISF) Dortmund begleitet. Das IFT übernahm mit seinem interdisziplinären Team unter der Leitung von Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. habil. Friedrich Bleicher eine tragende Rolle.

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