Processes & Technologies W3D-TECH-32 ISO/ASTM 52900 Validiert

5-Axis Kinematics and CAM Toolpath Planning in Hybrid AM

5-axis kinematics in hybrid additive-subtractive manufacturing: non-planar slicing, support-free undercuts, RTCP coordinate transformations, and collision avoidance.

Stand: 2026-03-24 Lesezeit: 10 min Fachredaktion Additive Fertigung
Executive Summary & Key Engineering Takeaways Normative Status: Validated

Simultaneous 5-axis hybrid machines combine DED deposition and milling. 5-axis RTCP kinematics orient the melt pool along gravity, eliminating supports and enabling non-planar slicing.

  • Simultane 5-Achs-Orientierung hält das Schmelzbad im Schwerkraftvektor und verhindert Schmelzebruch.
  • Non-Planar Slicing: Schichten werden entlang gekrümmter Freiformflächen statt starrer horizontaler Ebenen erzeugt.
  • Nullpunktspannsysteme und integrierte Messtaster sichern Passgenauigkeiten unter ± 0.01 mm.
Freiheitsgrade
5-Achs Simultan
Positionspräzision
< 5 µm (CNC-Spindel)
Schichtkonzept
Planar & Non-Planar
Maschinenbasis
Mineralgussbett / Portal

Technical Specifications & Comparison Matrix

ISO/ASTM 52900
Parameter 5-Achs-Hybrid CNC Standard 3-Achs DED LPBF Pulverbett
Schichtorientierung Frei im Raum (3D-Kurven) Nur planar (Z-Stapel) Nur planar horizontal
Stützstrukturen Überflüssig (Drehachsen-Ausrichtung) Erforderlich ab 45° Überhang Zwingend erforderlich
Kombinierte Bearbeitung Additiv + Fräsen in 1 Aufspannung Meist nur Materialauftrag Reiner Schichtbau
Innengeometrien fräsen Möglich (Zwischenfräsen vor Schließen) Nicht möglich Nicht möglich
Bauteiltoleranzen IT6 bis IT7 (nach Fräsen) IT12 bis IT14 (Rohauftrag) IT9 bis IT10
01

RTCP Kinematics and Coordinate Synchronization

Bei der 5-Achs-Bewegung muss die Maschinensteuerung (z. B. Siemens Sinumerik One, Heidenhain TNC7) den Schweißfokuspunkt trotz schwenkendem Maschinentisch exakt synchronisieren. RTCP sorgt dafür, dass die relative Vorschubgeschwindigkeit des Laser-Draht-Kopfs über dem Werkstück konstant bleibt. Schwankungen in der Bahngeschwindigkeit würden sonst zu ungleichmäßigen Raupenhöhen führen.

02

Interrupted Machining of Internal Cavities

Ein Alleinstellungsmerkmal von 5-Achs-Hybridsystemen ist das Zwischenbearbeiten: Der Fräser glättet innenliegende Kühlkanäle oder Dichtsitze auf Spiegelglanz, bevor der Schweißkopf die Struktur mit weiteren Schichten vollständig überdeckt und verschließt. Bei herkömmlichen Guss- oder Zerspanteilen wären solche innenliegenden Fräskonturen unerreichbar.

03

CAM Slicing and Toolpath Generation for DED

Standard-Slicer zerlegen CAD-Körper in 2D-Polygone. 5-Achs-CAM-Systeme (z. B. ModuleWorks, Open Mind hyperMILL) berechnen hingegen kontinuierliche 5-Achs-Vektorfelder. Die Anstellwinkel des Druckkopfs werden so berechnet, dass keine Kollisionen mit bereits aufgebauten Wänden entstehen.

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Frequently Asked Questions (FAQ)

Wie wird die thermische Ausdehnung beim Fräsen berücksichtigt?
Nach dem Schweißen kühlt das Bauteil ab. Integrierte Messtaster (Renishaw) erfassen die Geometrie vor dem Schlichtfräsen antastend und passen den Fräspfad an das abgekühlte Ist-Maß an.
Können Kühlschmierstoffe beim Zwischenfräsen verwendet werden?
Ja, es wird meist mit Minimalmengenschmierung (MMS) oder CO2-Trockeneiskühlung gearbeitet. Vor dem nächsten Schweißschritt wird die Oberfläche mit Druckluft getrocknet.
Welche Laserleistung ist auf einer 5-Achs-Fräse sinnvoll?
Typisch sind 1.000 bis 3.000 W Laserleistung. Dies reicht für Draht- oder Pulverauftrag bei moderatem Wärmeeintrag in die Führungsbahnen der Werkzeugmaschine.

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