Empa-Forschende erforschen 3D-Metalldruck zur Reparatur verbauter Stahlteile

(CONNECT) Forschende der Empa aus dem in Dübendorf ansässigen Bereich Ingenieur-Strukturen wollen mithilfe 3D-Metalldrucks belastete Stahlteile in Konstruktionen künftig reparieren und künftig auch neu konzipieren lassen. Im Zentrum steht das Verfahren Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), bei dem Metall schichtweise auf geschädigte Bereiche aufgetragen wird, wie aus einer Mitteilung hervorgeht.

Beim WAAM wird ein Schweissdraht mithilfe eines Lichtbogens Schicht für Schicht auf die beschädigte Stelle in einem Stahlbauteil aufgetragen. Entscheidend für die Wirksamkeit der Reparatur ist dabei nicht die aufgebrachte Materialmenge, sondern die Geometrie der Verstärkung. Besonders wirksam erwiesen sich in Versuchsreihen zweilagige, abgestufte Verstärkungsstrukturen.

Der Vorteil des WAAM-Verfahren ist, dass sich geschädigte Bereiche lokal und wirksam verstärken lassen, ohne die gesamte schadhafte Komponente ersetzen zu müssen. Laut Mitteilung spielen lokale Reparaturen besonders im Kontext von Infrastrukturwerken wie Brücken oder Tragwerken eine Rolle, da sich dort eingebaute Stahlbauteile  aufgrund der konstanten Belastung kaum ersetzen lassen.

Eine Herausforderung bleibt der praktische Einsatz: Beschädigte Bauteile sind meist fest im Bauwerk integriert und müssten für eine Reparatur häufig ausgebaut und in eine Werkstatt transportiert werden. Mobile Robotersysteme befinden sich zwar in Entwicklung, für einen breiten Einsatz direkt auf der Baustelle sind jedoch weitere Fortschritte erforderlich.

Langfristig sehen die Forschenden weitere Anwendungsmöglichkeiten des WAAM-Verfahrens. Dazu zählen metallische Dämpfungselemente für Brücken, Gebäude und technische Anlagen sowie leichte, hochbelastbare Bauteile für den Maschinenbau.

Darüber hinaus untersucht die Empa den Einsatz von Formgedächtnislegierungen. Diese Materialien können nach einer Verformung wieder ihre ursprüngliche Form annehmen und eröffnen in Kombination mit dem 3D-Metalldruck neue Möglichkeiten für adaptive und materialeffiziente Metallbauteile. ce/ja