DLR запускает EmpowerAX для индустриализации 3D-печати из непрерывного волокна

Немецкий аэрокосмический центр (DLR) является лидером инноваций во всем, от космических ракет-носителей и самолетов до цифровых технологий и мобильности нового поколения. В области композитных материалов компания разработала широкий спектр технологий, от сварки термопластов и вливания жидких смол в первичные аэроструктуры до интеллектуальных производственных систем Composites 4.0 и многих других.

В настоящее время Институт композитных структур и адаптивных систем DLR (Брауншвейг, Германия) стремится помочь в индустриализации 3D-печати композитов из непрерывных волокон путем создания ориентированной на спрос, отраслевой, глобальной платформы для пользователей технологий и поставщиков аддитивной экструзии под названием EmpowerAX.

DLR обсуждал EmpowerAX на ITHEC 2020, и я продолжил разговор с Ксенией Стампф и Майком Титце из DLR. Здесь я делюсь тем, что узнал.

Концепции прямой интеграции волокон в 3D-печать композитов. Источник информации:Александр Матчинский, Виртуальный симпозиум по AFP и AM, Технический университет Мюнхена, председатель углеродных композитов (LCC), сентябрь 2020 г. Фото предоставлено:«3D-печать с непрерывным волокном:пейзаж», CW Октябрь 2020 г.

Почему аддитивная экструзия?

«Мы разрабатываем технологии пропитки волокон термопластами для более промышленного и экономичного производства», - объясняет Майк Титце, ответственный за аддитивное производство в Институте композитных конструкций и адаптивных систем DLR в Брауншвейге. «Это включает в себя разработку наших собственных промышленных печатающих головок и разработку методов анализа и тестирования материалов и процессов». Он отмечает, что аддитивная экструзия с использованием непрерывных волокон предлагает не только повышенную прочность и жесткость, но также возможность объединить сенсорные и электрические функции. Аддитивная экструзия объединяет термопласты и непрерывные волокна для создания многофункциональных структур, позволяющих избежать высоких затрат на инструменты, повысить эффективность производства и создать новые конструкции.

«Аддитивное производство не заменит все традиционные процессы производства композитов, - признает Титце, - но его можно комбинировать с такими процессами, как автоматическое размещение волокна (AFP) или намотка нити, например, чтобы обеспечить новые решения и ценность. Поскольку мы работаем только с 3D-печатью из непрерывного волокна, EmpowerAX действительно сфокусирован, что позволит нам достичь высокого уровня результатов. Но в области аддитивной экструзии EmpowerAX технологически нейтральна. Мы не будем продвигать какие-то конкретные технологии ».

Глобальная диверсифицированная платформа

«Сейчас трудно понять, какая из этих технологий подойдет для вашего приложения и что необходимо сделать, чтобы адаптировать ее к вашей промышленной среде и приложениям», - продолжает Титце. «Наша цель - посмотреть на спектр того, что доступно, включая поставщиков и пользователей, и создать диверсифицированную платформу, которая охватывает секторы рынка, включая, например, аэрокосмическую, автомобильную, медицинскую и промышленную промышленность. Эта платформа, EmpowerAX, затем дает возможность проводить нейтральную оценку технологии, и мы будем работать с промышленностью над разработкой мер стандартизации и квалификации, которые помогут упростить использование такой технологии. Идея состоит не в том, чтобы разработать новую норму для поставщиков и пользователей технологий, а в том, чтобы договориться о том, как проводить оценку технологий и какие показатели эффективности использовать ».

Членство в EmpowerAX является добровольным и глобальным. Английский - это язык, используемый для работы. В настоящее время насчитывается более 30 членов, включая поставщиков технологий и крупных пользователей технологий. «У нас есть до 6 сотрудников в год с внутренним финансированием», - говорит Титце. «Они поддержат работу, необходимую для поддержания этой глобальной платформы. Наши участники согласились сотрудничать на том основании, что мы не будем делиться информацией с общественностью, а только с членами EmpowerAX. Членство в настоящее время бесплатное, но в настоящее время мы принимаем только организации, которые уже занимаются аддитивной экструзией непрерывных волокон. После мая 2021 года мы продолжим открывать членство ». Он отмечает, что единственное другое требование - «вы должны быть готовы делиться информацией и вносить свой вклад. Вы не можете просто взять. Пассивного членства нет ».

Этапы отбора технологий

Идея, по словам Титце, заключается не только в передаче технологий отраслям, уже использующим композиты, но и в использовании EmpowerAX в качестве инструмента для расширения рынка и приложений для композитов. «Например, - говорит он, - какие особые требования должны выполняться в медицинской промышленности? Что нужно сделать для их удовлетворения? Как обеспечить необходимое качество и как этого добиться в условиях промышленного производства? »

Чтобы ответить на эти вопросы, EmpowerAX предлагает поэтапный подход, показанный на диаграмме выше. «Первый этап - это проверка технологий», - говорит Титце. «Если вы, как возможный пользователь, хотите увидеть, будет ли технология работать для вашего приложения, мы рассмотрим такие вещи, как геометрические ограничения, объемы производства, требования к интеграции деталей / функций и т. Д. Мы согласны со всеми участниками в отношении заранее установленного списка примерно 15 параметров, таких как удельная прочность и жесткость, а затем предварительно определить пригодность различных технологий, в зависимости от того, что требуется для вашего приложения. Поэтому мы сотрудничаем с поставщиками материалов / технологий, чтобы получить стандартные данные о параметрах и заранее оценить их. Затем мы работаем с таблицами данных от поставщиков материалов / технологий, чтобы получить стандартные данные о параметрах. Так, например, из 10 доступных решений на этом первом этапе вы можете уменьшить выбор, возможно, до трех, а затем начать оценивать данные для их сравнения ».

Следующий этап - оценка конкретных требований. Например, если это приложение находится в салоне железной дороги или самолета, тогда потребуются параметры пожарной, дымовой и токсичности (FST). «После этого, - говорит Титце, - мы определим, требуются ли настройки, чтобы каждая технология работала в вашем приложении, и определим требуемые усилия».

Цель состоит в том, чтобы дать количественную оценку того, насколько технологии финалистов для данного приложения оцениваются с точки зрения осуществимости технологии и сколько работы / времени / затрат потребуется для передачи технологии для промышленного использования. «Пройдя эти этапы оценки, вам должно быть легко понять, какие шаги необходимы, чтобы сделать каждую технологию возможной для вашего приложения», - объясняет Титце. «Для поставщиков технологий это приводит к более быстрой передаче технологий на новые рынки и сокращает их вложения и усилия. Он также определяет реальные бизнес-кейсы, которые хорошо подходят для их технологий, где у них есть сильные стороны ».

Стандартизация и квалификация

Еще одна ключевая часть видения EmpowerAX - помочь зрелым аддитивным технологиям экструзии посредством стандартизации и квалификации. «Мы уже изучили, какие стандарты существуют и которые могут работать для этих технологий, например, в рамках ASTM, ISO и VDI (стандарты правительства Германии)», - говорит Титце (см. Анимированное изображение выше). «Итак, он рассматривает стандартные тесты, что работает, а что нет и какие модификации необходимы. Это работа, которой большинство компаний хотели бы избежать, потому что она утомительна, требует много времени и дорого. Для отрасли будет намного лучше, если все не будут копировать эти усилия. Таким образом, наша цель - помочь быстрее достичь стандартов для повышения зрелости, но с широким набором входных данных от промышленность и прозрачность в промышленность."

«Кроме того, если вы объедините конкретную технологию аддитивной экструзии с другими этапами процесса, вам необходимо будет интегрировать ее и внедрить стандарты обеспечения качества», - отмечает Титце. «Это включает неразрушающий контроль (NDT), датчики и программное обеспечение. Мы уже начали с составления каталога возможных дефектов и технологических отклонений. Как их избежать и обнаружить? Что вы можете сделать, чтобы исправить их, если они возникнут? Затем мы можем приступить к созданию базы данных возможных вариантов неразрушающего контроля и мониторинга процесса ».

График для EmpowerAX

«Наша первая цель - создать основу для того, что сегодня промышленно доступно», - говорит Титце. «Мы пока не пытаемся расширить спектр систем, а вместо этого хотим показать, что есть и как можно использовать эти технологии. Мы полагаем, что некоторые улучшения будут достигнуты только благодаря систематическому тестированию и оценке. Мы также видим преимущества от возможности продемонстрировать возможности современных технологий. Кроме того, выявляя препятствия, мы можем обсудить, как их преодолеть, что обеспечит дальнейшее совершенствование и развитие технологий ».

«Мы рассматриваем аддитивную экструзию как потенциально более простой путь для компаний, плохо знакомых с композитами, по сравнению с использованием процессов, включающих автоклавы или вливание смолы», - отмечает Титце. «Мы также считаем, что это хорошо приспособлено для достижения более высоких промышленных результатов. EmpowerAX также занимается промышленным применением и устраняет препятствия, которые до сих пор препятствовали использованию аддитивных композитов для экструзии. Например, текущие недостатки включают повторяемость и стабильность процесса. Технология была продвинута на рынок относительно быстро, поэтому есть области, которые еще не достигли уровня зрелости для широкого использования. Итак, вот что мы делаем. Мы стремимся показать, что можно сделать и что необходимо сделать, а затем работать вместе, чтобы завершить эту работу, продвигая как технологии, так и успешные конечные применения в промышленности ».

Более подробную информацию можно найти на .de