Модульная универсальность для прецизионных печатных деталей

APS Tech Solutions - это подразделение Automatisierte Produktions Systeme GmbH в Хёхсте, Австрия. Основанная в 1987 году, компания предлагает инженерные, механические и роботизированные решения для станков для гидроабразивной 3D-резки и инструментальной оснастки, используемых на автомобильном, авиационном и механическом рынках.

«Три года назад мы хотели иметь универсальный 3D-принтер, но не смогли найти ничего, что соответствовало бы нашим требованиям», - говорит Николай Вампл, специалист по развитию бизнеса в APS Tech Solutions. «Итак, мы создали нашу собственную систему Wizard 480+, которую запустили в прошлом году. Он может печатать с использованием непрерывного волокна, стандартных термопластичных волокон, металла или керамики ».

Wizard 480+ имеет объем печати 400 миллиметров в длину, 230 миллиметров в ширину и 370 миллиметров в высоту, а также печатную платформу, которая может нагреваться до 200 ° C. Сопла для печати на непрерывных волокнах могут нагреваться до 500 ° C.

Действительно ли нам нужен еще один настольный принтер для промышленных композитов? «Нашей целью был не настольный принтер для промышленного использования, а создание настоящего промышленного устройства», - говорит Вампл. «Нам нужен был универсальный принтер без ограничений, но с удобной настройкой. Например, вы можете изменить недорогой настольный принтер, сделав его более универсальным, но для этого потребуется много ноу-хау и времени. С другой стороны, промышленный принтер, на котором вы можете печатать большие объемы деталей из небольшого количества материалов, но если вы хотите напечатать что-то новое, это становится трудным. Мы хотели печатать детали, используя все материалы, представленные на рынке, но с высоким качеством ». Например, описываемая ниже запчасть для штамповочного инструмента требовала точности до 0,02 миллиметра.

«Для правильной работы станки для гидроабразивной резки и обработки 3D, с которыми мы работаем, должны быть точно сконструированы», - поясняет Вампл. «Мы вложили эти знания в Wizard 480+, чтобы повысить точность печатаемых деталей. Еще одно отличие состоит в том, что у нас есть система смены инструмента, как на станке с ЧПУ, что позволяет нам использовать несколько видов материалов в одной печати. Например, если заказчик хочет использовать два разных типа непрерывных волокон для одной печати, это возможно, поскольку печатающие головки можно заменять. В печатных материалах могут использоваться высокоэффективные пластмассы, такие как PEEK [полиэфирэфиркетон] и PEKK [полиэфиркетонекетон], а также полиамид [PA] и имеющиеся в продаже нити FDM [моделирование методом наплавленного осаждения]. Не каждой детали требуется непрерывное волокно. У нас также есть печатающая головка для простых керамических и металлических зеленых деталей, например, из стали или титана ». Обратите внимание, что керамические и металлические детали необходимо спекать на втором этапе и не включать пластмассы из-за этой высокотемпературной постобработки.

Открытая система

«У большинства компаний есть два отдельных станка для обработки металлов и неметаллов», - отмечает Вампл. «Но для новых разработок вам не нужно покупать новый принтер каждый раз, когда вы пробуете новый материал. Нам не нужна была закрытая и ограниченная система, а нужна модульная гибкая система, с помощью которой вы можете улучшать или изменять печатные детали ». Например, заказчик может захотеть печатать с использованием непрерывного волокна и термопластичного полиуретана (TPU). «Это сложный материал, потому что его вязкость падает так быстро, что трудно сохранять однородность во время печати. Но нам нужен был принтер, который мог бы это сделать ».

Wizard 480+ разработан для печати с использованием любой непрерывной нити накала, включая стекловолокно или медную проволоку. «Наша стандартная нить из непрерывного волокна - это углеродное волокно 1K / PA, но мы также использовали PEEK и PLA [полимолочная кислота], и мы можем использовать углеродное волокно 3K», - говорит Вампл. APS Tech Solutions хочет поставлять на рынок непрерывные волокна, но их принтер не ограничивается этим.

Wizard 480+ также открыт в своем программном обеспечении. «Нам всегда требовались специальные инженерные решения, - говорит Вампл, - и поэтому мы хотели иметь максимальный контроль. Со многими принтерами вы немного ограничены программным обеспечением. Но с помощью нашего программного обеспечения вы можете разместить волокна именно там, где хотите, и вы не ограничены никаким алгоритмом. Хотя вы можете использовать алгоритм для генерации того места, где должны быть волокна, мы хотели, чтобы инженеры контролировали, как размещать волокна, потому что они знают, как будет использоваться деталь и какие силы будут действовать ».

При этом система относительно проста в использовании, - говорит Вампл. «Например, для печати из двух разных материалов вы создаете две разные детали в САПР. Затем вы выбираете, какая часть и какой материал будет напечатана с помощью Simplify3D [Цинциннати, Огайо, США], программного обеспечения для резки, используемого для многих промышленных 3D-принтеров. Затем у нас есть постпроцессор, который создает G-код для печати. Simplify3D позволяет настроить все параметры печати, такие как высота и плотность слоя заполнения. Для постобработки вы просто перетаскиваете файл, и он будет адаптирован к нашей машине, потому что у нас есть некоторые функции, такие как устройство смены инструмента и использование непрерывных волоконных нитей, которые не очень распространены ».

«У нас действительно есть только одно ограничение, - говорит Вампл, - а именно длина напечатанной нити. У нас минимальная длина 20 миллиметров. Если инженер делает конкретную напечатанную длину короче 20 миллиметров, мы сталкиваемся с трудностями, и пост-процесс сообщает вам, что это невозможно ».

Ожидаемое качество, выполнено

Первым заказчиком Wizard 480+ стал производитель высокопроизводительных штамповочных инструментов Stepper Fritz GmbH &Co. KG. (Пфорцхайм, Германия). «Им нужна была запасная часть для одного из своих инструментов, и они спросили, можем ли мы ее напечатать», - говорит Вампл. «Они изо всех сил пытались найти 3D-принтер для работы из-за сложной геометрии и комбинации требуемых материалов, включая непрерывное углеродное волокно, термопластичную матрицу и водорастворимые подложки». Предыдущая версия этой детали была изготовлена ​​из алюминия, фрезерованного на ЧПУ. «Мы напечатали деталь без каких-либо изменений формы, а также добавили резьбу для вставок», - отмечает Вампл. «Мы использовали стандартную нить из нарезанного углеродного волокна из ПА для внешней оболочки и нашу непрерывную углеродную нить из полиамида для внутренней».

«Степпер оценил деталь, определил, что она соответствует требуемой точности, а затем заказал нашу первую машину», - говорит Вампл. «Они работают на нем с июля 2020 года без каких-либо проблем и говорят нам, что он по-прежнему производит детали с такой точностью».

Высокое качество также является признаком напечатанных композитов, армированных волокном, как показано на микрофотографии на начальном изображении вверху. Деталь, состоящая из пяти слоев непрерывного волокна PEEK, армированного углеродным волокном 1K, была вырезана и сфотографирована сразу после печати без дальнейшего уплотнения или последующей обработки. Материал также был протестирован в FH Vorarlberg (Университет прикладных наук в Форарльберге, Германия) и снят на микрографии в Университете Байройта (Байройт, Германия). Результаты показывают предел прочности на разрыв 1060 мегапаскалей и предел прочности на изгиб 750 мегапаскалей. «Однако это было предварительное испытание, и сейчас мы готовим более стандартизированные испытания, в ходе которых, по мнению наших технических специалистов, мы добьемся еще более высоких характеристик», - говорит Вампл.

«На данный момент наши продажи в основном предназначены для университетов и компаний, таких как Stepper, которые не удовлетворены тем, что есть на рынке», - говорит Вампл. «Существуют 3D-принтеры с непрерывным волокном с хорошими технологиями, но большинство из них ограничены в материалах или программном обеспечении. Наша цель - обслуживать клиентов, которым нужны детали высочайшего качества, а также гибкость, такие как компании-механики и специализированные инженерные компании, а также те, кто работает в области материаловедения и разработок ».

Компания продолжает работать над своими собственными новыми разработками, такими как адаптация своей системы для шестиосевой роботизированной руки и материалов для космических приложений. «Мы считаем, что напечатанные на 3D-принтере композиты имеют гораздо более широкое применение, чем это было до сих пор, но мы расширяем эти горизонты и открываем новые возможности для промышленных деталей».