Processes & Technologies W3D-TG-04 ISO/ASTM 52900 Validiert

Hybrid Manufacturing: Combining DED and 5-Axis CNC in a Single Machine

Engineering guide to hybrid manufacturing: Directed Energy Deposition and 5-axis CNC machining in a single setup. Process chains and tolerances.

Stand: 2026-03-20 Lesezeit: 8 min Fachredaktion Additive Fertigung
Executive Summary & Key Engineering Takeaways Normative Status: Validated

Additive manufacturing excels at geometric complexity but inherently lacks micron tolerances and mirror finishes. CNC milling delivers IT6/IT7 precision but suffers from high tooling wear and severe limitations with internal cavities in expensive superalloys. Hybrid manufacturing merges Laser DED and 5-axis subtractive milling in one machine setup.

  • Vereint additive Gestaltungsfreiheit mit subtraktiver IT6/IT7-Präzision in einer einzigen Maschinenaufspannung.
  • Ermöglicht das Fräsen von internen Kanälen und Kavitäten, während das Bauteil Schicht für Schicht wächst.
  • Reduziert Buy-to-Fly-Raten bei schwer zerspanbaren Superlegierungen (Inconel, Titan) von 15:1 auf unter 1.5:1.
Aufspannungen
1 (In-Process)
Nullpunktgenauigkeit
< 0,005 mm
Oberflächengüte Ra
< 0,8 µm
Materialersparnis
bis zu 85 %

Technical Specifications & Comparison Matrix

ISO/ASTM 52900
Kriterium Konventionelle getrennte Kette (AM + CNC) Hybride Fertigungszelle (DED in CNC)
Aufspannung Zwei oder mehr separate Spannmittel & Messungen 1 einzige Aufspannung für Aufbau & Schlichten
Nullpunktwiederholgenauigkeit 0.05 - 0.2 mm (Rüstfehler möglich) < 0.005 mm (im Maschinensystem kalibriert)
Zugänglichkeit für Zerspanung Nur von außen zugänglich nach Fertigstellung Schichtweises Fräsen innenliegender Kanäle möglich
Durchlaufzeit (Lead Time) Tage bis Wochen (Lagerung, Transport, Rüsten) Stunden (kontinuierlicher automatisierter Ablauf)
Zusatzfunktionen Keine In-Process-Messung (Taster/Laser) & Härten
Werkstoffvielfalt Eingeschränkt auf Systemtyp Draht-LMD, Pulver-LMD oder Multi-Material
Investitionsaufwand Zwei separate Maschinenparks Höhere Einzelmaschineninvestition, geringere Stellfläche
01

The Alternating Additive-Subtractive Cycle

In einer hybriden Maschine (wie z.B. Bearbeitungszentren mit integriertem Laser-Auftragskopf wie Meltio Engine, DMG MORI Lasertec oder Mazak Integrex) wechseln sich additiver Materialauftrag und spanende Nachbearbeitung ab. Ein entscheidender Vorteil: Bereiche, die nach Fertigstellung des Gesamtkörpers verdeckt oder hinterschnitten wären (z.B. spiralförmige Kühlkanäle in Turbinenrotoren oder komplexe Strömungskanäle), können gefräst werden, solange sie geometrisch noch offen liegen. Anschließend verschließt der Laserkopf den Kanal mit neuem Material.

02

Elimination of Setup Errors and Datum Loss

Beim konventionellen Transfer von einer reinen AM-Anlage in ein CNC-Zentrum vergeht wertvolle Zeit für das optische Einmessen des unregelmäßig gewachsenen Rohlings. Toleranzfehler von mehreren Zehntelmillimetern sind typisch. In der Hybridmaschine bleibt das Bauteil auf dem Rundtisch aufgespannt. Der integrierte Renishaw-Messtaster erfasst die additiv aufgetragene Geometrie direkt im Arbeitsraum und kompensiert Maßabweichungen vor dem Schlichtfräsen in Echtzeit.

03

Economics of Repair and Feature Addition

Besonders hoch ist der ROI beim Hinzufügen von Features auf Standardprofilen: Statt einen Flansch oder Kragen aus einem 200-kg-Schmiedeblock auf 15 kg herunterzufräsen, startet der Prozess mit einem günstigen 12-kg-Standardrohr. Der DED-Laserkopf baut den Flansch lokal auf, und die 5-Achs-Spindel überfräst Dichtsitze und Gewindebohrungen in Minuten. Die Materialausnutzung steigt von 10 % auf über 90 %.

04

Software and Toolpath Integration: CAD/CAM Chains

Die größte Hürde moderner Hybridfertigung liegt in der Softwarekette. Spezialisierte CAM-Pakete (z.B. Siemens NX Hybrid, Mastercam oder Open Mind hyperMILL) müssen die thermische Vorgeschichte berücksichtigen, Kollisionsbetrachtungen zwischen Schweißkopf und Spindel durchführen und dynamische Werkzeugwege generieren, um Wärmestaus in dünnen Wänden zu vermeiden.

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Frequently Asked Questions (FAQ)

Können bestehende CNC-Fräsmaschinen mit DED nachgerüstet werden?
Ja, modulare Laser-Draht-Systeme (z.B. der Meltio Engine Laser-Draht-Kopf) sind speziell dafür konzipiert, über Werkzeugschnittstellen (HSK / SK) oder feste Montagearme an bestehenden 3- bis 5-Achs-CNC-Fräsmaschinen nachgerüstet zu werden.
Wie wird das Kühlschmiermittel in der Hybridmaschine gehandhabt?
KSS und Laserauftragschweißen müssen strikt getrennt werden. Vor dem additiven Zyklus wird das Bauteil mit Druckluft oder Schutzgas abgeblasen und getrocknet, da Restöl oder Emulsionen zu extremer Porenbildung in der Schweißnaht führen würden.
Welche Oberflächengüten werden erreicht?
Da alle Funktionsflächen von der 5-Achs-Frässpindel geschlichtet werden, gelten die gewohnten CNC-Toleranzen: Ra < 0,8 µm und Passgenauigkeiten nach ISO IT6/IT7.

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