Zusammenfassung
Die additive Fertigung ermöglicht eine flexible Herstellung von Kleinserien oder komplexen Bauteilen. Die Vorteile dieses Verfahren liegen vor allem in der hohen Flexibilität und der Möglichkeit, anspruchsvolle Geometrien zu fertigen. Unter dem Schlagwort 3D-Druck werden dabei verschiedene Verfahren zusammengefasst, die auf Basis eines CAD-Modells lagenweise das Bauteil erzeugen. „Wire and Arc Additive Manufacturing“ (WAAM) nutzt einen Lichtbogenschweißprozess, um das Material schichtweise aufzutragen. Dies ermöglicht höhere Auftragsraten im Vergleich zu pulverbett- und laserbasierten, additiven Fertigungsverfahren bei gleichzeitig geringeren Investitionskosten. Die Wahl der Prozesseinstellgrößen erfolgt größtenteils heuristisch, die mangelnde Wiederholbarkeit verhindert aktuell eine breite Anwendung des WAAM-Verfahrens. Die Verwendung eines geschlossenen Regelkreises bietet die Möglichkeit, auftretende Prozessstörungen direkt auszuregeln und die Wiederholbarkeit zu gewährleisten. Der geschlossene Regelkreis erfordert die Erfassung des Prozesses mit geringer Latenz. In diesem Beitrag stellen wir die Echtzeitmessung der Schmelzbadfläche auf Basis eines selbst entwickelten Quotientenpyrometers, welches das Licht vom Lichtbogen ausblendet, beim Metall-Aktivgasschweißen (MAG) mit Stahl vor. Durch die Echtzeiterfassung kann das Signal für eine Regelung der Schmelzbadfläche verwendet werden.
Abstract
Additive manufacturing enables flexible production of small batches or complex components. The high flexibility and the possibility of producing more demanding geometries are the advantages of this process. The term 3D printing is used to describe various processes that generate the component layer by layer from a CAD model. Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) uses an arc welding process to apply the material. This enables higher deposition rates compared to powder bed and laser-based additive manufacturing processes, while lowering investment costs. The choice of process parameters is largely heuristic, and the lack of repeatability currently prevents widespread use of the WAAM process. The use of a closed control loop offers the possibility to directly compensate for occurring process disturbances and to ensure repeatability. Closed loop control requires low latency acquisition of the process. In this paper, we present real-time measurement of the lard pool area in metal active gas (MAG) welding with steel by using a self-developed ratio pyrometer. The setup of the ratio pyrometer blocks out the arc. The weld pool area is acquired in real time at a high data rate and, thus, the signal enables control of the weld pool area.
Über die Autoren
Andreas Richter: Wissenschaftlicher Mitarbeiter IEI TU Clausthal
2009 bis 2014 Studium an der Hochschule Heilbronn Mechatronik und Mikrosystemtechnik
2015 bis 2018 Studium an der TU Clausthal: Mechatronik mit Masterabschluss
Seit 2019 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Elektrische Informationstechnik der TU Clausthal
Maxim Scheck: Wissenschaftlicher Mitarbeiter IEI TU Clausthal
2008 bis 2017 Studium an der TU Harburg: Maschinenbau, Fachrichtung Mechatronik,
2017 bis 2019 Studium an der TU Clausthal: Energiesystemtechnik mit Masterabschluss
Seit 2019 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Elektrische Informationstechnik der TU Clausthal
Prof. Dr.-Ing. Christian Bohn: stellvertretender Direktor IEI TU Clausthal, Professur für Regelungstechnik und Mechatronik
bis 1994 Studium der Elektrotechnik an der University of Sussex in Brighton, England, und der Technischen Universität Braunschweig mit Abschluss als Diplom-Ingenieur
1994–2000 Promotion in den Ingenieurwissenschaften am Institut für Regelungstechnik der Ruhr-Universität Bochum.
2004–2007 Entwicklung von Steuerfunktionen für Verbrennungsmotoren und der Entwicklung von Komponenten für Hybrid-Elektrofahrzeuge bei IAV GmbH
Seit 2007 Professur für Regelungstechnik und Mechatronik an der TU Clausthal.
Prof. Dr.-Ing. Christian Rembe: geschäftsführender Direktor IEI TU Clausthal, Professur für Messtechnik
1988–1994 Studium der Physik an der Universität Hannover mit einer Diplomarbeit in der Quantenoptik.
1994–1999 Promotion in den Ingenieurwissenschaften an der Universität Ulm.
1999–2001 Feodor-Lynen-Stipendiat der Alexander-von-Humboldt-Stiftung an der UC Berkeley.
2001–2015 Leiter Entwicklung Optik bei der Polytec GmbH.
Seit 2015 Professur für Messtechnik an der TU Clausthal.
Seit 2017 Geschäftsführender Direktor des Instituts für Elektrische Informationstechnik der TU Clausthal.
Seit 2020 Studienfachberater für den Bachelor-Studiengang Elektrotechnik und den Masterstudiengang Elektrotechnik und Informationstechnik.
Seit 2022 Vorstandsvorsitzender des Arbeitskreises der Hochschullehrer für Messtechnik AHMT.
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