Hersteller in der Verteidigungsindustrie stehen weltweit unter wachsendem Druck, ältere Plattformen einsatzfähig zu halten und gleichzeitig Produktionskapazitäten für neue Systeme auszubauen.

Doch begrenzte Schmiede- und Gießereikapazitäten, lange Lieferzeiten für kritische Metallbauteile, anfällige Lieferketten und obsolete Komponenten, für die Werkzeuge oder Lieferanten nicht mehr existieren setzen der industriellen Basis Grenzen. Für die Verteidigungsindustrie stellt sich daher nicht nur die Frage, wie sich mehr produzieren lässt, sondern wie kritische Bauteile schneller, näher am Bedarfsort und mit geringerer Abhängigkeit von fragilen Lieferketten gefertigt werden können.

Hier gewinnt die drahtbasierte additive Fertigung strategisch an Bedeutung. Verfahren wie Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) und Plasma Metal Deposition (PMD) bieten eine Alternative, insbesondere wenn konventionelle Fertigungswese an zeitliche oder wirtschaftliche Grenzen stoßen.

Stärken drahtbasierter additiver Fertigung

Pulverbasierte additive Verfahren eignen sich besonders für kleinere, hochkomplexe Bauteile. Drahtbasierteadditive Fertigung adressiert eine andere Einsatzspektrum: die effiziente Herstellung großer Strukturbauteile, Funktionskomponenten und hochbelastbarer Ersatzteile im industriellen Maßstab.

GEFERTEC setzt dafür auf zwei komplementäre drahtbasierte Ansätze: Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) mit einem elektrischen Lichtbogen in den Plattformen arc10X und arc80X sowie Plasma Metal Deposition (PMD) mit einem Plasmalichtbogen in der Plattform arcTitan.

Anders als beim Guss oder Schmieden benötigt die drahtbasierte additive Fertigung keine speziellen Gussformen oder Schmiedegesenke. Als Ausgangsmaterial dient Schweißdraht; die additiv gefertigten Rohlinge werden anschließend auf ihre Endkontur zerspant.

Für die Verteidigungsindustrie reicht der strategische Nutzen weit über die reine Fertigungsgeschwindigkeit hinaus. Produktionskapazitäten können näher am Bedarfsort aufgebaut und Abhängigkeiten von anfälligen globalen Lieferketten reduziert werden.

Physische Ersatzteillager lassen sich zunehmend durch digitale Bauteilbibliotheken qualifizierter Komponenten ergänzen, was eine bedarfsgerechte Fertigung ermöglicht. Besonders relevant ist das für ältere Plattformen mit schwer verfügbaren Ersatzteilen.

WAAM und PMD sollen Gießen, Schmieden oder Zerspanen dabei nicht grundsätzlich ersetzen. Ihre Stärke liegt darin, zusätzliche und flexible Fertigungsmöglichkeiten zu schaffen, etwa für Guss- und Schmiedeteile mit langen Lieferzeiten, obsolete Komponenten, kurzfristigen Ersatz nach Einsatzschäden oder plötzlich auftretende Bedarfsspitzen.

In diesen Situationen kann die Fähigkeit, kontrollierte digitale Fertigungsdaten näher am Bedarfsort in eine physische Komponente umzusetzen, die Verfügbarkeit von Ausrüstung und die operative Einsatzbereitschaft direkt unterstützen.

Auf diese industriellen Anforderungen konzentriert sich GEFERTEC seit mehr als einem Jahrzehnt. Ziel ist nicht einfach nur Metallteile zu drucken, sondern eine zuverlässige industrielle Fertigungskapazität für kritische Komponenten bereitzustellen, wenn und wo sie benötigt werden.

Werkstoffe für anspruchsvolle Anwendungen

Unlegierte und hochfeste Stähle, austenitische und martensitische nichtrostende Stähle, Nickelbasislegierungen, Titanlegierungen, Duplexstähle und Kupferlegierungen decken unterschiedliche Einsatzanforderungen ab: Strukturfestigkeit, geringe Masse, Kavitationsbeständigkeit, Chloridbeständigkeit oder Hochtemperaturleistung. Die Werkstoffauswahl muss daher dem Lastfall, der Umgebung, dem Prüfweg und dem Qualifizierungsplan folgen und nicht allein der Geometrie.

Für Defense-Anwendungen verbindet Titan ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis mit Korrosionsbeständigkeit und Leistung bei erhöhten Temperaturen.

Gleichzeitig gehört es zu den anspruchsvollsten Metallen in der additiven Verarbeitung. Sauerstoff- und andere Kontaminationen während des Auftrags können die Materialeigenschaften nachteilig beeinflussen, weshalb eine atmosphärische Kontrolle und Prozessstabilität entscheidend sind.

GEFERTEC begegnet diesen Anforderungen mit der arcTitan, einem speziell für anspruchsvolle reaktive Werkstoffe gebauten System, bei dem die Titanverarbeitung im Mittelpunkt des Designs steht. Die arcTitan nutzt Plasma Metal Deposition (PMD) in einer vollständig geschlossenen Inertgaskammer, was kontrollierte und reproduzierbare Bedingungen während des gesamten Aufbaus ermöglicht.

Vom 3D-Druck zum qualifizierungsfähigen Fertigungsprozess

Für die Defense-Produktion ist die Herstellung der Geometrie nur ein Teil der Herausforderung. Die größere Anforderung ist die Etablierung eines kontrollierten, wiederholbaren und rückverfolgbaren Fertigungsprozesses, der die Bauteilqualifizierung unterstützen kann.

Dokumentierte Verfahren, kontrollierte Prozessparameter, Materialrückverfolgbarkeit, Prüf- und Nachbearbeitungsanforderungen sowie vollständige Fertigungsaufzeichnungen sind unerlässlich, wenn additive Fertigung auf qualifizierungsrelevante und sicherheitskritische Komponenten angewendet wird.

GEFERTEC betrachtet additive Fertigung aus diesem Grund als integriertes Produktionssystem. Maschinenhardware, proprietäre CAM-Software, automatisierte Bahnplanung, validierte Prozessparameter und kontinuierliche In-Prozess-Überwachung werden in einem standardisierten Fertigungsworkflow zusammengeführt. Damit lässt sich der Prozess in bestehende Qualitätsmanagement- und Qualifizierungsstrukturen integrieren.

Die zugrunde liegenden Technologien kommen bereits heute in der Luft- und Raumfahrt, im Energiesektor und in der Schwerindustrie zum Einsatz, sowohl für Neuteile als auch für Reparaturanwendungen. Prozessparameter und Werkstoffdatensätze wurden für mehrere für Verteidigungsanwendungen relevante Legierungen etabliert. Sie bilden eine wichtige Grundlage für künftige Qualifizierungs- und Produktionsprogramme.

GEFERTEC entwickelt und fertigt seine additiven Fertigungssysteme und vertreibt sie von Deutschland aus.

Verfügbarkeit wird zur strategischen Fähigkeit

Für Defense-Hersteller ist die relevante Frage, wo additive Fertigung einen ausreichend großen operativen Nutzen bietet, um einen zusätzlichen Fertigungsweg zu rechtfertigen. Die stärksten Argumente liefern Anwendungen, bei denen Bauteilverfügbarkeit, Lieferkettenresilienz und Reaktionszeit die Einsatzbereitschaft direkt beeinflussen.

Deutschland liefert dafür ein klares Beispiel. Gemäß der öffentlichen Bundeswehr-Planung für den OPLAN Deutschland könnten in einem Bündnisverteidigungsszenario innerhalb von sechs Monaten bis zu 800.000 alliierte Truppen und 200.000 Militärfahrzeuge durch das Land transitieren, was Deutschlands Rolle als eine der primären Logistikdrehscheiben der NATO widerspiegelt.

In dieser Größenordnung wird die Fähigkeit, kritische Komponenten im eigenen Land zu fertigen, zu reparieren und zu ersetzen, zu mehr als einem industriellen Vorteil: Sie wird Teil der operativen Resilienz. Drahtbasierte additive Fertigung kann zu dieser Fähigkeit beitragen, indem sie flexible Produktionskapazitäten für große, in geringen Stückzahlen benötigte und schwer zu beschaffende Metallkomponenten schafft.

Wo Geräteverfügbarkeit, schnelle Reaktion und resistente Lieferketten über die operative Einsatzbereitschaft entscheiden, entwickeln sich diese Technologien von alternativen Fertigungsverfahren zu strategischen Produktionsfähigkeiten.

Text: Arash Shadravan, President GEFERTEC LLC