Трехмерная печать непрерывного волокна на рабочем столе

Новая настольная система 3D-печати из непрерывного волокна от Desktop Metal Источник | Настольный металл

Desktop Metal (Берлингтон, Массачусетс, США), компания, специализирующаяся на 3D-печати металлом для разработки и массового производства продукции, объявила, что расширит свою технологию, включив в нее сообщество композиторов. Компания Desktop Metal была основана в 2015 году с миссией «сделать 3D-печать доступной для всех инженеров, дизайнеров и производителей», и с тех пор компания вывела на рынок две технологии 3D-печати - удобную для офиса систему 3D-печати Studio System и высокую производительность. -volume Production System металлический 3D-принтер, способный печатать со скоростью до 12 000 см ³ / час. Теперь компания представляет первый в мире настольный принтер с непрерывным волокном, который, по ее словам, является первым в мире.

«Сейчас мы расширяем наше предложение, чтобы обеспечить возможность 3D-печати из непрерывного волокна на рабочем столе каждого инженера и дизайнера», - говорит Рик Фулоп, генеральный директор и основатель Desktop Metal.

Последние достижения в аддитивном производстве привели к тому, что его использование становится все более широко распространенным для прототипирования, а также для изготовления приспособлений, приспособлений и инструментов. Desktop Metal прогнозирует, что в ближайшее десятилетие эта технология вырастет в 10-50 раз в качестве средства производства деталей для конечного использования. Компания увидела возможность на рынке принести 3D-печать в недостаточно обслуживаемую область - автоматизацию производства небольших деталей из композитных материалов. Начав свой выход в сектор композитных материалов, Desktop Metal недавно приобрела Make Composites Inc. (Бостон, Массачусетс, США), стартап, основанный Константином Фетфацидисом. Фетфацидис недавно был назван SAMPE Young Professional of the Year 2019 года и ранее занимал должность руководителя отдела исследований и разработок в области передовых производственных технологий в Aurora Flight Sciences (Манассас, Вирджиния, США), компании Boeing.

Фетфацидис, ныне вице-президент по композитным материалам Desktop Metal, объясняет, что вдохновило его на создание Make. «Основываясь на моем опыте в исследованиях и разработках композитов, а также в развитии бизнеса в области авиастроения, связанного с клиентами, я должен был увидеть и поработать с тем, что было доступно, и с различными доступными производственными технологиями, и, честно говоря, был немного разочарован тем, что ручной простоев все еще был в состоянии - современное искусство, особенно для мелких деталей », - говорит он.

Он утверждает, что для мелких деталей - менее 20 фунтов - производители по-прежнему в первую очередь полагаются на простой ручной ремонт. Такие трудоемкие процессы требуют технических специалистов, дорогих инструментов и большого количества времени, что увеличивает общую стоимость производства детали.

«На протяжении моей карьеры было так много приложений, в которых мы хотели бы использовать углеродное волокно - особенно в Aurora при работе над концепциями eVTOL - из-за его легких свойств, жесткости и прочности, но затраты просто не складывались, - говорит Фетфацидис. «Я подумал про себя, что должен быть лучший способ автоматизации, консолидации количества этапов процесса, задействованных в традиционном производстве, сокращения инструментов и времени выполнения заказа - всех связанных с этим затрат».

Несмотря на то, что были предприняты попытки автоматизировать производство небольших композитных деталей, свойства редко достигают того качества, к которому промышленные пользователи привыкли при ручной укладке, и уж тем более не в настольном процессе. В настоящее время в большинстве композитных материалов для 3D-печати смолы часто отличаются от смол, используемых в традиционных процессах, и многие принтеры используют запатентованные материалы, которые не обладают такими же высокими характеристиками, как качественные материалы, что приводит к неоднородности и изменчивости качества. Полученные детали обычно имеют более низкое объемное содержание волокна и более высокую пористость, чем детали, изготовленные вручную.

«На самом деле до сих пор не существовало комплексного решения для этого на уровне настольных компьютеров с материалами, которые люди привыкли использовать», - говорит Фулоп. «Мы объединяем преимущества 3D-печати с материалами из непрерывных волокон, которые подходят для высокопроизводительных приложений».

Приспособление для ЧПУ: Путем 3D-печати этого приспособления с ЧПУ в виде непрерывного волоконного композитного материала на системе Fiber деталь можно сделать чрезвычайно жесткой, что позволяет надежно удерживать цилиндры замка на месте во время выполнения операций обработки. Ленту из углеродного волокна можно укладывать выборочно, чтобы повысить жесткость в тех частях крепления, которые испытывают наибольшую нагрузку. Приспособления для механической обработки часто должны выдерживать экстремальные температуры, а использование PEEK, армированного углеродным волокном, обеспечивает стабильность при высоких температурах. Благодаря трехмерной печати на новой системе Fiber инженеры механического цеха смогут использовать оптимизированную конструкцию приспособлений, обработка которой в противном случае была бы слишком трудоемкой и дорогой. Источник | Настольный металл

На основе лент

В новом настольном принтере Desktop Metal используется технология автоматического размещения волокон (AFP) для производства высококачественных деталей из термопластичного композита, армированного волокном. В этой технологии используются те же производственные линии, на которых производятся коммерческие ленты с препрегом, что позволяет задействовать существующую цепочку поставок и воспользоваться преимуществами роста, уже происходящего на рынке однонаправленных (UD) лент. По сути, технология берет AFP и уменьшает его для настольного принтера. Фактически, компания получила свое первоначальное название проекта от Micro AFP Kinematic Extrusion system (Make).

Принтер, который компания называет Fiber, спроектирован как модульная система смены инструмента для использования в офисе или производственном цеху и может поставлять промышленные технологические приспособления, губки, инструменты и приспособления, а также конечное использование. части. Оператор может использовать головку Micro AFP, чтобы разложить материал, а затем припарковать его и при необходимости переключиться на головку для изготовления плавленых волокон (FFF).

«Впервые волоконно-оптические принтеры сочетают в себе свойства материала высокопроизводительных материалов из непрерывного волокна AFP с доступностью и скоростью настольного 3D-принтера», - говорит Фулоп.

В технологии используются те же ленты UD, которые подходят для высокопроизводительных приложений. Хотя принтер может обрабатывать ленты UD с широким спектром волокон и систем термопластической матрицы, материалы, изначально доступные для системы, будут включать полиамид 6 (PA6) с усилением из углеродного волокна и стекловолокна, а также полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэфиркетонкетон (ПЭКК) с армированием углеродным волокном. Ленты, предлагаемые в формате шириной 3 миллиметра, обычно состоят из жгутовых волокон 12K и наматываются на запатентованные катушки. Одиночный жгут шириной 3 миллиметра пропускается через головку до тех пор, пока он не достигнет области зажима, где бесконтактный нагреватель получает температуру термопласта выше температуры его плавления, а уплотняющий валок прикладывает давление для уплотнения поступающего материала. скотчем к основанию внизу. Резак в головке разрезает ленту в конце каждого прохода. По словам Фетфацидиса, ленты предлагают решение, которое является более качественным, но более чем в 10 раз дешевле в расчете на литр, чем катушка жгута нитей 1K, используемая в некоторых экструзионных 3D-принтерах, в которых используется непрерывное волокно. Кроме того, более высокое качество лент в сочетании с возможностью увеличения давления детали через процесс AFP означает более высокую прочность.

«У нас есть высококачественные ленты, которые используются в процессах AFP / ATL с очень высокой объемной нагрузкой волокна - 60% углеродного волокна - и мы добавляем их вместе с высокотемпературной матрицей PEEK или PEKK», - говорит Фетфацидис.

Крепление камеры. Оптоволоконная система позволяет сделать такие детали, как это крепление камеры, более жесткими и легкими, чем при печати с использованием других материалов. Быстрое время печати и низкие материальные затраты позволяют дизайнеру быстро изменять дизайн для достижения оптимальной детали. Источник | Настольный металл

Детали, созданные с помощью системы Fiber, считаются прочнее стали, легче алюминия и могут быть напечатаны на рабочем столе. Волокно имеет размер 320 на 240 на 270 миллиметров (12,6 на 9,4 на 10,6 дюйма). Преимущества включают непрерывное армирование волокном по всей детали и очень небольшую пористость. Фетфацидис говорит, что детали, созданные с использованием лент PA6, могут иметь пористость менее 5%, а ленты PEEK / PEKK могут давать детали с пористостью менее 1%. У оператора есть возможность управлять буксировщиком для получения сложных форм или особых условий нагрузки. А поскольку смолы являются термопластами, отпадает необходимость отверждения в автоклаве, а также необходимость хранения материала в морозильной камере.

«Это, по сути, первый продукт в области 3D-печати, который сочетает в себе непрерывное углеродное волокно с PEEK и PEKK на рабочем столе», - говорит Фулоп.

Держатель нагрузки кожуха . Держатели нагрузки кожуха используются для размещения металлических компонентов, отлитых под давлением (MIM), так что роботизированный концевой эффектор может захватывать деталь до того, как будут обработаны критические размеры. Это приспособление подвергается значительному износу, поскольку оно постоянно переключается в приспособление и выходит из него. Трехмерная печать держателя нагрузки кожуха на системе Fiber позволяет инженерам механического цеха сократить время изготовления приспособления с нескольких недель до нескольких часов, при этом снижая стоимость изготовления на 95%. Источник | Настольный металл

Доступно для всех

Хотя решение Desktop Metal может похвастаться несколькими преимуществами, включая возможность создания деталей конечного использования и использование термопластов, возможно, одним из самых захватывающих аспектов системы Fiber является ее доступность. Большинство систем, в которых используются термопластические ленты с непрерывным волокном для автоматизированного производства композитных деталей, стоят миллион долларов. Оптоволоконная система Desktop Metal доступна в двух моделях по подписке. Fiber HT разработан для производства деталей из непрерывных композитов с пористостью <1% и непрерывной загрузкой волокна до 60% с усовершенствованной матрицей, включая PEEK и PEKK. Он может изготавливать огнестойкие детали UL 94-V0, выдерживающие высокие температуры до 250 ° C, в дополнение к деталям, совместимым с ESD. Стартовая цена модели Fiber HT составляет 5 495 долларов в год. Между тем, Fiber LT начинается с 3495 долларов в год, предлагая доступный способ производства высокопрочных ESD-совместимых, не допускающих повреждений деталей с использованием непрерывного волокна с пористостью <5% из термопластов PA6.

Концевой эффектор электростатического разряда . Концевые эффекторы используются в процессе производства печатных плат (PCB). Эта деталь была изготовлена ​​из безопасного для электростатического разряда (ESD) PA6, армированного углеродным волокном, для защиты печатных плат от разрушающего электростатического разряда на протяжении всего процесса сборки. Напечатанные как непрерывный композит из углеродного волокна, концевые эффекторы чрезвычайно жесткие, легкие и способны выдерживать нагрузку в процессе сборки печатной платы. Источник | Настольный металл

«Мы хотим, чтобы люди могли покупать систему, устанавливать ее на своем рабочем столе дома или в офисе и изготавливать детали из ПЭЭК с непрерывным волокном», - говорит Фетфацидис.

«За несколько тысяч долларов вы можете начать производить композитные детали с высокими характеристиками, используя ту же технологию ленты, которая сейчас используется в действительно высококачественных деталях, производимых AFP», - добавляет Фулоп.

Поскольку роль 3D-печати в производстве продолжает расти, дизайнерам и инженерам требуются решения, позволяющие получить доступ к широкому спектру материалов. Система Fiber - это большой шаг вперед на пути к тому, чтобы сделать высокоэффективные композитные материалы доступными для всех, кто хочет воспользоваться преимуществами легкого веса, прочности и жесткости композитов. Компания Desktop Metal представит свою настольную систему 3D-печати Fiber Continuous Fiber на выставке и конференции по аддитивному производству Formnext 2019, которая пройдет с 19 по 22 ноября во Франкфурте, Германия.