Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT
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Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM / DED-Arc)
© Fraunhofer IAPT
Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM / DED-Arc) auch Lichtbogen-Draht-Auftragschweißen Foto von den Anlagen am Fraunhofer IAPT

WAAM (DED-Arc)

© Fraunhofer IAPT

WAAM für die industrielle Produktion

WAAM (DED-Arc): Additive Fertigung und Reparatur großer Bauteile

Das Lichtbogen-Draht-Auftragschweißen oder Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM / DED-Arc) erlaubt die wirtschaftliche Fertigung und Reparatur großer Bauteile mit hohem Volumen. WAAM ergänzt pulver- und andere drahtbasierte 3D-Druckverfahren um eine Lösung mit einem etablierten und bereits bekanntem Schweißverfahren, welches hohe Aufbauraten ermöglicht.

Das DED-Team des Fraunhofer IAPT berät Unternehmen zum Einsatz von WAAM, evaluiert die Herausforderungen der Industrie und optimiert den gesamten WAAM-Prozess von der Prozessparameterentwicklung bis hin zu digitalen Methoden. Die Kompetenz der WAAM-Experten am Fraunhofer IAPT erlaubt insbesondere Unternehmen mit geringer Erfahrung den schnellen und niedrigschwelligen Einstieg in die Nutzung von WAAM.

Wofür setzt die Industrie WAAM (DED-Arc) ein?

Die Fertigung und Reparatur großvolumiger Bauteile profitiert in hohem Maße von WAAM (DED-Arc). In diesen Einsatzgebieten stoßen traditionelle pulver- oder drahtbasierte 3D-Druckverfahren an wirtschaftliche oder technische Grenzen.

WAAM ermöglicht das Reparieren von Industrieanlagen und Bauteilen - anstatt Ersatzteile anzufordern.
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WAAM ermöglicht das Reparieren von Industrieanlagen und Bauteilen anstatt Ersatzteile anzufordern.

Die Luft- und Raumfahrt nutzt WAAM für Fertigung und Instandsetzung von Triebwerksgehäusen und Strukturbauteilen.

Die maritime Industrie und Schiffbau setzen WAAM z.B. für die Herstellung von Schiffsschrauben, von Buchsen im Antriebsstrang und von Ruderblättern ein.

Die Öl- und Gasindustrie repariert und fertigt Turbinenschaufeln, Rohrsegmente, Bohrköpfe und Gehäuseteile mit WAAM.

Der Werkzeugbau bringt mit WAAM Verschleißschutzschichten auf große Werkzeuge auf oder repariert beschädigte Formen.

Wie funktioniert WAAM (DED-Arc)?

WAAM (DED-Arc) ist kostengünstig und schnell, erfordert aber vergleichsweise hohen Aufwand und umfassende Kenntnisse der Produktionsprozesse.

Beim Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM / DED-Arc) schmilzt ein elektrischer Lichtbogen einen kontinuierlich zugeführten Metall-Draht. Aus dem geschmolzenen Metall wird Schicht für Schicht die gewünschte dreidimensionale Form auf einer Grundplatte oder - beispielsweise bei Reparaturen oder hybrider Fertigung - auf einem bestehenden Bauteil aufgebaut.

WAAM wird auch als robotergestütztes Auftragschweißen bezeichnet. Für die Prozessführung kommt meist ein Industrieroboter oder ein Gantry-System zum Einsatz. Der Schweißbrenner wird gemäß definierter Parameter präzise entlang der vorgegebenen Bahn geführt. Zum Schutz des Schmelzbads und des abkühlenden Metalls verhindert ein Schutzgas eine Oxidation. 

Digitales Assistenzsystem vereinfacht WAAM

Neues Assistenzsystem aus ausgezeichnetem Projekt

In dem ITEA-Projekt FAMILIAR hat das Fraunhofer IAPT als Teil des Projektkonsortiums ein digitales Assistenzsystem mit Mixed-Reality-(XR)-Brillen für WAAM entwickelt. Es eliminiert ineffiziente Prozessschritte und halbiert den Aufwand für die Vorbereitungen der WAAM-Produktion. Über die  Zeitersparnis hinaus trägt das Hilfssystem zur Qualitätssteigerung von WAAM-Bauteilen bei. Das Hilfssystem erschließt Unternehmen mit geringen Vorkenntnissen den Einsatz der effizienten, aber anspruchsvollen 3D-Druck-Technologie WAAM.

FAMILIAR wurde mit dem ITEA Award of Excellence 2026 in der Kategorie »Impact« ausgezeichnet.

Das Fraunhofer IAPT verfügt über WAAM-Anlagen für Forschungszwecke und Industrieprojekte
© Fraunhofer IAPT
Das Fraunhofer IAPT verfügt über WAAM-Anlagen für Forschungszwecke und Industrieprojekte
Neues Assistenzsystem des Fraunhofer IAPT vereinfacht robotergestütztes Auftragschweißen (WAAM)
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Ein Assistenzsystem mit Mixed-Reality-(XR)-Brillen des Fraunhofer IAPT vereinfacht den Einsatz von WAAM
Wissenschaftler am Fraunhofer IAPT forschen zu WAAM
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Wissenschaftler am Fraunhofer IAPT forschen zu WAAM

Wann ist WAAM das richtige DED-Verfahren?

WAAM ist ein kostengünstiges und schnelles 3D-Druckverfahren, das sich für große Bauteile ohne filigrane Strukturen eignet.

WAAM nutzt einen Lichtbogen als Energiequelle und zeichnet sich durch eine sehr hohe Auftragsrate (Build-Rate) aus. Mit vielen anderen Verfahren der Additiven Fertigung dauert der 3D-Druck kleiner Bauteile aus Metall Stunden oder Tage. Dagegen kann WAAM mehrere Kilogramm des Materials pro Stunde verarbeiten und dementsprechend schnell große Bauteile erzeugen.

Die hohe Auftragsrate resultiert jedoch in gröberen Oberflächen. Für komplexe, filigrane Bauteile ist WAAM ungeeignet. Zur Herstellung  geometrisch komplexer Metallbauteile eignen sich 3D-Druck-Verfahren wie Laser Powder Bed Fusion (L-PBF).

WAAM (DED-Arc) und andere DED- und 3D-Druck-Technologien

Die Experten des Fraunhofer IAPT unterstützen Unternehmen bei der Identifikation der passenden DED-Technologie für ihr Projekt: Ob WAAM, Laser-Pulver-Auftragschweißen (DED-LB/p), Pulverbettverfahren wie L-PBF und Sinter AM oder Laser-Draht-Auftragschweißen ( (DED-LB/w) - wir sorgen dafür, dass Sie optimale Ergebnisse erzielen.

WAAM oder Laser-Pulver-Auftragschweißen

WAAM nutzt günstigere Draht- statt Pulvermaterialien und kommt mit robusteren, weniger komplexen Anlagen aus als Laser-Pulver-Auftragschweißen (DED-LB/p).

Die Auftragsrate ist deutlich höher. Wegen der geringeren Detailauflösung erfordern WAAM-Bauteile höheren Aufwand in der Nachbearbeitung, beispielsweise durch Fräsen. 

Zum Überblick über DED-Verfahren

WAAM oder Pulverbettverfahren

Im WAAM kann direkt auf ein bestehendes Bauteil oder eine Grundplatte mit nicht ebenen Flächen Material aufgetragen werden. Die Grundplatte kann je nach Design sinnvoll in das Bauteil integriert werden (bspw. Flansch). Beschränkungen der Bauteilgröße sind durch zusätzliche Manipulatoren in der Handhabung kaum vorhanden. Auch die Material- und Anlagenkosten sind erheblich geringer.


Die Kosten pro gefertigtes Kilogramm liegen mit WAAM deutlich niedriger als mit Pulverbettverfahren. Jedoch ist die geometrische Gestaltungsfreiheit und Bauteilkomplexität eingeschränkter. Die geringere Oberflächengüte und Maßgenauigkeit von WAAM erfordert eine intensivere Nachbearbeitung als Pulverbettverfahren (L-PBF / Sinter AM) .

Zum Überblick über DED-Verfahren

WAAM oder Laser-Draht-Auftragschweißen

Ebenso wie im Vergleich mit Laser-Pulver-Auftragschweißen sind WAAM-Anlagen deutlich günstiger als DED-LB/w-Anlagen. Große Bauteile lassen sich mit WAAM in den meisten Fällen wirtschaftlicher und schneller herstellen.

Die höhere Wärmeeinbringung führt allerdings zu stärkerem Verzug, Eigenspannung und erhöhtem Rissrisiko. Prozessbegleitende Sensorik (z.B. Kamera, Thermografie) kann bei WAAM im Vergleich zum Laser nur off-axis angeordnet werden. 

Zum Überblick über DED-Verfahren

FAQ

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  • Grundsätzlich lassen sich alle schweißbaren Metalle mit WAAM verarbeiten. WAAM verwendet handelsübliche Schweißdrähte. Die Materialauswahl ist sehr groß und umfasst unter anderem Stähle, Edelstähle, Aluminium, Titan und Nickelbasislegierungen. 

  • Die Oberfläche der Bauteile erinnert an Schweißnähte. Sie weisen eine raue, teils wulstige Oberfläche auf. Die Maßgenauigkeit liegt im Bereich von +/- 1 bis 2 Millimetern. Endmaßgenauigkeit und glatte Oberflächen erfordern meist eine mechanische Nachbearbeitung (CNC-Fräsen oder Drehen).

  • Anstatt teure Bauteile wie eine Turbinenwelle oder ein großes Ventil komplett auszutauschen können Unternehmen diese bei Verschleiß oder defekt mit WAAM kostengünstig reparieren. Dabei wird das beschädigte Material zunächst abgetragen und per WAAM punktgenau neu aufgeschweißt und anschließend mechanisch nachbearbeitet. 

  • Für WAAM kommen meist mehrachsige Roboter oder Portalsysteme zum Einsatz. Die maximale Bauteilgröße ist fast ausschließlich durch die Reichweite der Bewegungsachse begrenzt. Die Bauteile können eine Größe von mehreren Metern haben. 

  • Nein. Für die meisten Standardmaterialien reicht eine lokale Schutzgaszuführung direkt am Schweißbrenner. Nur bei extrem oxidationsempfindlichen Materialien wie Titan können zusätzliche Schutzgaskabinen oder Vorrichtungen zum Schutz des Bauteils beim Abkühlen, notwendig sein.

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