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Warum hilft das Prototyping bei der Auswahl der richtigen Metallschweißtechnik?

Es gibt Hunderte von verschiedenen Methoden zum Schweißen von Metallen. Wie trifft man also die richtige Wahl zwischen traditionellen Verfahren und neueren Technologien wie dem Rührreibschweißen (FSW)? In diesem Auswahlprozess spielt das Prototyping eine Schlüsselrolle in den Phasen des Produktdesigns, der Entwicklung und der Validierung. Erfahren Sie, wie dieser entscheidende Schritt zum Erfolg Ihrer Industrieprojekte beiträgt.

Aluminiumplatten, die von einem Spannsystem gehalten werden, werden von einem Industrieroboter geschweißt.

Was ist ein Ingenieurbüro mit einem auf Metallschweißen spezialisierten Prototyping-Service?

Unabhängig von der Branche, der sie angehören, erfüllen Ingenieurbüros mit einem Prototyping-Service dieselbe Funktion, haben aber spezifische Merkmale, die ihre besondere Kompetenz widerspiegeln.

Ingenieurbüros mit einem Prototyping-Service sind ein wichtiges Glied in der industriellen Produktionskette

In der Industrie fertigt ein Ingenieurbüro mit einem Prototyping-Service Vorabversionen eines Produkts oder seiner Bestandteile an. Diese ersten Versionen, die so genannten Prototypen, werden verwendet, um sicherzustellen, dass das hergestellte Produkt den Erwartungen entspricht, bevor es in die Serienproduktion geht. Nach der Validierung dient der Prototyp als Modell für die Massenproduktion: Er wird in großen Mengen identisch reproduziert.

Bei kleineren Anforderungen kann das Prototypenbüro auch für die Herstellung von Einzelteilen oder Kleinserien in Anspruch genommen werden.

In der Welt des Metallschweißens ist das Prototyping besonders nützlich, um die Montage der geschweißten Elemente zu testen und zu validieren. Das Prototyping-Büro ermittelt zunächst die für das Projekt am besten geeignete Schweißtechnik und versucht dann, deren Parameter wie Temperatur, Geschwindigkeit und Druck fein abzustimmen, um eine optimale Qualität der Schweißverbindung zu gewährleisten. Schließlich werden am Prototyp zerstörende und zerstörungsfreie Prüfungen durchgeführt, um die Qualität der Schweißnähte zu beurteilen.

Ein Mitglied des Stirweld-Teams hält den Prototyp eines Aluminiumteils, das er gerade geschweißt hat.

Spezifische Merkmale von Ingenieurbüros mit Prototyping-Service im Bereich Metallschweißen

Verwendete Schweißtechniken

Ingenieurbüros mit einem auf Metallschweißen spezialisierten Prototyping-Servicebüro beherrschen eine oder mehrere Techniken aus den drei Hauptkategorien der Schweißverfahren:

  • Schmelzschweißverfahren. Zu dieser Familie gehören Lichtbogenschweißen wie WIG (Wolfram-Inertgas), MIG (Metall-Inertgas)/MAG (Metall-Aktivgas) und Plasmaschweißen. Aber auch das Energiestrahlschweißen und das Sauerstoff- und Gasschweißen.
  • Festkörperschweißverfahren wie Diffusionsschweißen, Schmiedeschweißen, Ultraschallschweißen, Explosionsschweißen und Reibrührschweißen (FSW).
  • Druckschweißverfahren, wie Widerstandsschweißen, Induktionsschweißen oder Walzschweißen.

Für die Entwicklung und Herstellung von Prototypen verfügt diese Art von Unternehmen über spezielle Ausrüstung, maßgeschneiderte Werkzeuge, digitale Simulationswerkzeuge und ein Testlabor.

Profile in Ingenieurbüros mit einem auf das Metallschweißen spezialisierten Prototyping-Service

Ingenieurbüros mit einem Prototyping-Service setzen sich aus sich ergänzenden Profilen zusammen, deren jeweiliges Fachwissen die Phasen des Entwurfs, der Herstellung und der Validierung von Prototypen abdeckt. Obwohl die Anzahl der in einer solchen Abteilung arbeitenden Personen je nach Größe des Unternehmens variiert, sind hier die wichtigsten Positionen aufgeführt:

  • Maschinenbauingenieure arbeiten mit CAD-Software (Computer Aided Design) wie SolidWorks, um die Teile zu entwerfen.
Ein Mitarbeiter der Konstruktionsabteilung von Stirweld arbeitet vor seinem Computerbildschirm an der 3D-Konstruktion eines Prototyps.
  • Ingenieure für Fertigungsverfahren bestimmen die am besten geeigneten Schweißverfahren und deren Parameter und überwachen deren Durchführung.
  • Prototyping- und Fertigungstechniker sind für die praktische Herstellung von Prototypen zuständig, einschließlich Schneiden, Montieren, Schweißen und Testen.
  • Zerspanungsmechaniker steuern Werkzeuge (Fräsen, Drehen, CNC) und automatisierte Schweißanlagen, dank ihrer Fachkenntnisse in der Programmierung und Wartung von Produktionsmaschinen.
  • Metallurgen analysieren die Eigenschaften der verwendeten Materialien, um ihre Kompatibilität mit den Schweißverfahren zu gewährleisten.
  • Die Qualitätsmanager führen Qualitätskontrollen durch, einschließlich zerstörender und zerstörungsfreier Tests zur Überprüfung der Festigkeit der Schweißnähte.
  • Projektleiter planen, koordinieren Teams und überwachen Termine und Budgets im Einklang mit den Erwartungen der Kunden.

Wer kann einen Prototyp eines geschweißten Teils anfordern?

Es gibt noch viel mehr Fachleute, die sich für Metallprototypen interessieren, und zwar in den verschiedensten Bereichen. Die Frage nach dem Prototyping stellt sich jedoch bei jedem Projekt, und es lohnt sich, sie zu stellen, wenn sie angebracht ist.

Industrien, die geschweißte Teile benötigen

Unternehmen, die Metallteile schweißen müssen, gehören hauptsächlich zu diesen Branchen:

  • Automobil und Transport. In diesem Bereich ist das Schweißen an der Herstellung von Fahrgestellen, Karosserien, Tanks, Auspuffanlagen und Motorkomponenten beteiligt. Darüber hinaus führt der Boom bei Elektrofahrzeugen zu einem immer größeren Bedarf an der Herstellung von Batterien und Aluminiumgehäusen.
  • Luft- und Raumfahrt und Verteidigung. Zu den geschweißten Teilen gehören Strukturkomponenten für Flugzeuge, Raketen und Drohnen sowie Motoren, Antriebssysteme und Kraftstofftanks.
  • Eisenbahnen. Triebwagen, Lokomotiven und Infrastruktur werden durch Metallschweißen hergestellt.
  • Schifffahrt und Meerestechnik. In diesem Sektor werden Schweißtechniken zur Herstellung von Schiffsrümpfen und Antriebskomponenten für Schiffe und U-Boote eingesetzt.
  • Energie und Infrastruktur. Dazu gehören Ausrüstungen für die Öl- und Gasindustrie (Rohre, Tanks, Offshore-Plattformen) und für erneuerbare Energien (Solarmodulstrukturen, Windturbinen).
  • Konstruktion und Bauwesen. Alle Metallstrukturen sind betroffen: Träger, Stützen, Treppen usw.
  • Forschung und Entwicklung. Sowohl private als auch öffentliche FuE-Zentren experimentieren mit neuen Schweißtechnologien und erforschen spezifische Anwendungen (neue Legierungen, verbesserte Fertigungsmethoden usw.).

Auch andere Sektoren können betroffen sein, wie Telekommunikation, Medizin, Landwirtschaft usw. Kurzum, jedes Unternehmen, das Metallteile montieren muss, wird wahrscheinlich die Dienste eines spezialisierten Prototyping-Büros in Anspruch nehmen.

Wann sollte ein Prototyp für das Schweißen eines Metallteils angefertigt werden?

Unabhängig von der Branche, in der Sie tätig sind, beginnt alles mit einem einfachen Ziel: dem Schweißen von Metallteilen wie Aluminium, Kupfer, Magnesium, Stahl usw.

Es gibt 2 mögliche Szenarien:

  • Ihr Projekt ist neu. Sie wissen nicht, welches Schweißverfahren Sie anwenden sollen, oder Sie haben zwar einige Techniken identifiziert, fragen sich aber, ob diese machbar und sinnvoll sind.
  • Ihr Projekt ist bereits gut etabliert. Sie haben sich an ein bestimmtes Schweißverfahren gewöhnt, aber im Rahmen eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses suchen Sie nach einem besseren Verfahren.

Warum ein Ingenieurbüro mit einem Prototyping-Service beauftragen?

Es gibt mehrere Gründe, warum ein Prototyp eines geschweißten Teils ein so solider Beweis ist, wenn es darum geht, eine Entscheidung zu treffen. Und im konkreten Fall einer Ausschreibung wird der Prototyp zu einem unbestreitbaren Pluspunkt, um einen Auftrag zu erhalten.

5 gute Gründe, einen Prototyp eines geschweißten Teils anzufordern

Bei der Wahl der richtigen Schweißtechnik für ein Metallteil ist das Prototyping aus 5 guten Gründen entscheidend:

  • Bewertung der Leistung des geschweißten Teils. Durch das Prototyping wird sichergestellt, dass das Schweißverfahren den spezifischen Anforderungen des Teils entspricht, z. B. Festigkeit, Haltbarkeit und Dichtigkeit.
  • Identifizieren Sie Einschränkungen. Das Prototyping ermöglicht es uns, technische Herausforderungen wie Wärmemanagement, Verformung und Oberflächenmängel zu bewältigen.
  • Prüfen Sie das Kosten-Nutzen-Verhältnis. Je nach Komplexität des zu schweißenden Teils und des verwendeten Schweißverfahrens variieren Kosten und Effizienz. Das Prototyping hilft daher sicherzustellen, dass die gewählte Technologie den Anforderungen an Produktion und Kosteneffizienz am besten entspricht.
  • Optimieren Sie die Parameter. Das Prototyping ermöglicht es Ihnen, die Schweißparameter anzupassen und so diejenigen zu ermitteln, die angesichts der Spezifikationen die besten Ergebnisse liefern.
  • Bereiten Sie sich auf die Produktion vor. Durch das Testen von Werkzeugen und die Anpassung von Parametern im Vorfeld können Sie die Produktion ohne böse Überraschungen starten. Außerdem werden so die Kosten für Nacharbeiten oder Fehler während der Produktion vermieden.
Ein Mitarbeiter der Prototypenabteilung von Stirweld hält den Prototyp eines reibungsknetgeschweißten Aluminiumteils.

Sonderfall einer Ausschreibung

Bei einer Ausschreibung sucht ein Unternehmen nach genauen Vorgaben den für sein Projekt am besten geeigneten Lieferanten.

Anhand des Prototyps kann sich das Unternehmen also vergewissern, dass der Bieter das verwendete Schweißverfahren beherrscht und in der Lage ist, die technischen Anforderungen des Lastenhefts zu erfüllen. Dies ist umso wichtiger, wenn es sich um ein komplexes oder innovatives Projekt handelt.

Der Prototyp stellt auch sicher, dass die Wahl nicht allein auf der Grundlage von Kosten oder Zeit zu Lasten der Qualität getroffen wird. Außerdem werden eventuelle Schwachstellen sofort erkannt, was die Sicherheit des Projekts erhöht.

Wie wird das Prototyping für ein Rührreibschweißprojekt durchgeführt?

Das Rührreibschweißen ist eine revolutionäre Technologie, die im Vergleich zu herkömmlichen Schweißtechniken mehrere bedeutende Vorteile bietet, insbesondere wenn es um das Verbinden von Aluminiumteilen geht. Bei Stirweld ist der Prototyping-Prozess für ein rührreibgeschweißtes Teil in 4 Hauptphasen unterteilt.

Schritt 1: Untersuchung der Durchführbarkeit des FSW und Empfehlungen zur Gestaltung

Die Unterzeichnung einer gegenseitigen Geheimhaltungsvereinbarung (Non-Disclosure Agreement – NDA ) markiert den Beginn der Projektstudie.
Es gibt zwei mögliche Szenarien:

  • Entweder wurde das Teil noch nicht entworfen; dann ist es erforderlich, ein Lastenheft vorzulegen.
  • Oder das Teil wurde bereits entworfen, so dass Sie Ihr 3D-Modell übermitteln und bestimmte für die Projektstudie wichtige Daten bereitstellen müssen. Zu diesen Informationen gehören das Gewicht des Teils, das jährliche Produktionsvolumen, das Herstellungsverfahren, die Materialeigenschaften, die Anforderungen an die Ebenheit nach dem Schweißen und die mechanischen Zwänge.

Sobald alle diese Informationen vorliegen, kann der erfahrene Schweißingenieur das FSW-Projekt gründlich analysieren. Zu den untersuchten Kriterien gehören Ebenheit, Druckfestigkeit, mechanische Festigkeit, Schweißbereich, Platzbedarf für das Werkzeug, optimale Schweißreihenfolge und Positionierung des Austrittslochs.

Das Ergebnis dieser Analyse ist ein Dokument, in dem alle erforderlichen Konstruktionsänderungen aufgelistet sind und ob sie für ein optimales FSW-Schweißen zwingend erforderlich sind oder empfohlen werden.

Schritt 2: Entwerfen und Herstellen des Spannwerkzeugs

Um erfolgreich zu sein, muss das Rührreibschweißen eine Reihe von Bedingungen erfüllen, darunter die Verwendung geeigneter Spannwerkzeuge. Da jedes FSW-Schweißprojekt einzigartig ist, müssen spezifische Werkzeuge entwickelt werden, um sicherzustellen, dass das Teil sicher gehalten wird, wenn die Maschine in Betrieb ist. Vor der Herstellung dieser Werkzeuge analysieren unsere Experten die Geometrie des zu schweißenden Teils, um die kritischen Zonen zu lokalisieren, die geeignete Spannkraft zu definieren und den Weg des FSW-Werkzeugs zu bestimmen.

Eine Aluminiumplatte wird von einem Klemmsystem gehalten, das aus mehreren Klemmen besteht.
In Stirwelds Werkstatt befindet sich eine große würfelförmige Metallkonstruktion, deren Inneres kreisförmig ist und einen Durchmesser von einem Meter hat.

Schritt 3: Bestimmung der FSW-Schweißparameter

Die wichtigsten FSW-Schweißparameter, die von unseren Experten untersucht wurden, sind in einem Dokument mit der Bezeichnung ” Welding Procedure Specification” (WPSD) aufgeführt. Es gibt vier davon:

  • Schweißwerkzeug. Dieses für das FSW-Verfahren spezifische Werkzeug besteht aus Stahl oder Hartmetall und wird je nach den zu schweißenden Materialien und den Schweißbedingungen ausgewählt.
  • Rotationsgeschwindigkeit. Die Definition dieses Parameters hängt von der Art des zu schweißenden Materials und der Dicke des Werkstücks ab.
  • Vorschubgeschwindigkeit. Die Schweißbarkeit von Materialien hängt nicht nur von ihrer Dicke ab, sondern auch von ihren Eigenschaften. Deshalb bestimmt die Vorschubgeschwindigkeit die Schweißqualität.
  • Axialkraft oder Schmiedekraft. Sie entspricht dem vom Werkzeug ausgeübten Druck und gewährleistet ein gutes Eindringen des Werkzeugs und eine effiziente Durchmischung der Materialien.

Schritt 4: Schweißen Sie Ihren Prototyp dank Rührreibschweißen

Mit der Einstellung des Spannwerkzeugs und der Definition der Schweißparameter sind alle Voraussetzungen für das Schweißen gegeben. Endlich kommt der Stirweld FSW-Kopf zum Einsatz! Der geschweißte Prototyp kann dann verschiedenen Qualitätsprüfungen unterzogen werden: Luftdichtheitsprüfung, Farbeindringprüfung, Maßkontrolle, Zugprüfungen, zerstörungsfreie Prüfungen, Helium-Lecktest, Druckprüfungen.

In dieser letzten Phase des Prototyping ist es auch möglich, die ersten Chargen von Teilen zu produzieren, die je nach Komplexität zwischen 10 und 500 Stück liegen.

Warum sollten Sie Stirweld mit dem Prototyping Ihrer FSW-geschweißten Teile beauftragen?

Als Spezialist für FSW und Branchenmitglied des TWI (The Welding Institute) hat es sich Stirweld zur Aufgabe gemacht, diese revolutionäre Technologie allen Unternehmen zugänglich zu machen, die Metallteile schweißen müssen.

Unser Team ist an komplexe Projekte gewöhnt und besteht aus hochqualifizierten Fachleuten, darunter Laurent Dubourg, ein weltweiter Experte für FSW mit mehr als 20 Jahren Erfahrung, und IWE® (International Welding Engineer) zertifizierten Ingenieuren.

Unsere Prototyping-Werkstatt ist mit vier hochpräzisen Bearbeitungszentren und einem vielseitigen Industrieroboter ausgestattet. Alle diese Maschinen verfügen über spezielle, von Stirweld entwickelte FSW-Lösungen, die es uns ermöglichen, alle Arten von Teilen zu bearbeiten, unabhängig von ihrer Form und Größe.

In der Mitte der Prototypenwerkstatt des Unternehmens Stirweld befinden sich Werkzeuge und ein Industrieroboter der Marke Kuka.
Zwei Mitglieder des Stirweld-Teams arbeiten in ihrer Werkstatt mit Werkzeugen.
Mehrere Personen beobachten in Stirwelds Werkstatt den Betrieb einer CNC-Werkzeugmaschine von Doosan.

Aber wenn Ihnen das Rührreibschweißen wie ein Kinderspiel vorkommt, wenn Sie den Stirweld-Kopf in Aktion sehen, dann liegt das daran, dass das Projekt im Vorfeld gut durchdacht wurde.

Für jedes untersuchte Projekt verfolgt die Prototyping-Abteilung von Stirweld 4 Ziele:

  • Prüfen, ob das Teil durch FSW schweißbar ist
  • Garantiert optimale Schweißbedingungen
  • Garantiert gleichmäßiges Schweißen in höchster Qualität
  • Kontrolle der Qualität der Schweißnaht

Der hergestellte Prototyp ist somit die Garantie für ein erfolgreiches Industrieprojekt!

How to manufacture my part with Friction Stir Welding

Ziehen Sie den FSW für ein Projekt in Betracht?

Unser Ingenieurbüro mit Prototyping-Service steht Ihnen zur Verfügung, um die Machbarkeit Ihres Projekts zu prüfen und anschließend Prototypen herzustellen. Kontaktieren Sie uns, um sicherzustellen, dass das Rührreibschweißen die richtige Wahl für Ihr Projekt ist!