Die Fertigungsmethode des Wire-Arc Additive Manufacturing (WAAM) gehört zur Klasse der additiven Fertigungsverfahren, welche immer öfter in der Industrie zur materialeffizienten Produktion von gewichtseffizienten Werkstücken verwendet werden. Bei WAAM wird ein Draht von einem Schwißkopf geschmolzen und schichtweise auf einer Grundplatte aufgetragen. Die während der Fertigung auftretenden Temperaturunterschiede innerhalb des Werkstücks sowie der gewählte Pfad des Schweißkopfes beeinflussen maßgeblich die Qualität des fertigen Bauteils. Deshalb ist es wünschenswert einen Pfad zu wählen der nicht nur eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung im Werkstück erzeugt, sondern sich gleichzeitig auch möglichst stark vom Pfad der vorherigen Schicht unterscheidet. Dies hilft Spannungen im Material zu reduzieren und die Stabilität des Bauteils zu erhöhen.

Um einen optimalen Bauplan eines gegebenen Bauteils zu finden, formulieren wir das Problem als diskret-kontinuierliches lineares Optimierungsproblem. Wir diskretisieren die Wärmeleitungsgleichung und linearisieren die auftretenden Strahlungsterme, um mit Hilfe von gemischt-ganzzahligen linearen Lösern optimale Pfade für die einzelnen Ebenen zu berechnen.

Partner

Prof. Markus Bambach, Lehrstuhl Konstruktion und Fertigung
Prof. Michael Breuß, Lehrstuhl Angewandte Mathematik

Vorträge

• Temperature Based Trajectory Optimization for Wire-Arc Additive Manufacturing, 8. TOR Workshop, Siegen, 09.03.2021.
• Temperature Based Trajectory Optimization for Wire-Arc Additive Manufacturing, SIGOPT 2020, Dortmund, 04.03.2020.
• Temperature Based Trajectory Optimization for Wire-Arc Additive Manufacturing, WSOPT 2019, Olbernhau, 14.03.2019.

Veröffentlichungen

• Martin Bähr, Johannes Buhl, Georg Radow, Johannes Schmidt, Markus Bambach, Michael Breuß, Armin Fügenschuh, Stable honeycomb structures and temperature based trajectory optimization for wire-arc additive manufacturing, Optimization and Engineering, Vol. 22, Issue 2, pp. 913-974, 2021.
• Armin Fügenschuh, Markus Bambach, Johannes Buhl, Trajectory optimization for wire-arc additive manufacturing, Operations Research Proceedings 2018. Springer, Cham, pp. 331-337, 2019.