Setforge zur Serienproduktion von Verbundteilen mit der Technologie von 9T Labs

Seit mehr als einem Jahrhundert schmiedet und bearbeitet Setforge (eine Tochtergesellschaft der Farinia Group, L’Horme, Frankreich) hochvolumige Präzisionsmetallkomponenten für anspruchsvolle Industrien wie die Automobil- und Luft- und Raumfahrt. Um jedoch seine Führungsposition zu behaupten und sich an die sich ändernden Zeiten anzupassen, hat das Unternehmen in Technologien investiert, die es ihm ermöglichen, schnell und kostengünstig Hochleistungs-Kohlenstofffaser-verstärkte Verbundteile zu entwickeln und zu produzieren, um Stahl, Aluminium und Titan zu erheblichen geringere Masse. Um die Expansion in fortschrittliche Verbundwerkstoffe zu erleichtern, wurde Setforge ein früher Partner der Hybrid-Fertigungslösung OEM 9T Labs AG (Zürich, Schweiz) und hat nun mit der Überprüfung neuer Serienteilanwendungen begonnen, die auf seiner Red Series Additive Fusion Solution-Plattform in L . hergestellt werden sollen 'Hormes, Frankreich.

„Wir haben uns für ihre Red Series Additive Fusion Solution-Plattform entschieden, die eine All-in-One-Lösung ist, die Software, Hardware und Support kombiniert. Die Fibrify-Software ermöglicht es uns, die Teile mit Fasern zu konstruieren, die wir nur dort platzieren können, wo sie benötigt werden, und sie ist direkt mit handelsüblicher Struktursimulationssoftware verknüpft“, erklärt Damien Felix, F&E-Projektleiter bei Setforge. „Die Kombination aus additiver Fertigung [AM] und Molding ist einzigartig. Wir können reproduzierbare und kostengünstige Strukturteile anbieten. Die Expertise von 9T Labs im Bereich Verbundwerkstoffe hilft uns, die richtige Anwendung zu identifizieren und belastungsgerechte Teile einfach zu konstruieren. Bei Bedarf können wir sogar Metalleinlagen platzieren, bevor wir die Fasern verdichten und die Porosität reduzieren. Am Ende erhalten wir fertige, endkonturnahe Teile mit hohem Faseranteil und geringer Porosität, die eine viermal höhere spezifische Belastung tragen als Stahl.“

Was ist der Marktnutzen von Teilen, die endkonturnah hergestellt werden können,
mit optimiertem Gewichts-Leistungs-Verhältnis und höherer mechanischer
Leistung als bei anderen Hochgeschwindigkeits-Kohlefaserverfahren? Didier Henry, Direktor von Setforge, sagt, die Antwort lautet:„Jeder Markt, der von Aluminium und Titan dominiert wird oder wo starke, leichte Teile wertvoll sind. Diese Teile werden sogar von Interesse sein, um andere Verbundteile zu ersetzen, die verbessert, leichter und stärker gemacht werden müssen.“

Mit dem Aufbau seiner ersten Kohlefaser-AM-Produktionskapazitäten dank 9T Labs wird Setforge nach eigenen Angaben in der Lage sein, bis zu 5.000 Kohlefaserverbundteile pro Jahr in Größen von bis zu 350 x 270 x 250 Millimetern herzustellen. Mit dem Hochfahren der Kapazität im Jahr 2023 und darüber hinaus erwartet Setforge, in der Lage zu sein, 100.000 Teile pro Jahr zu produzieren und die Teileabmessungen zu erweitern.

„Mit der Red Series wollen wir vorschlagen, Metallteile durch Verbundwerkstoffe für unsere aktuellen Märkte wie Automobil oder Luft- und Raumfahrt zu ersetzen, aber wir wollen auch innovative Lösungen für neue Märkte vorschlagen – zum Beispiel Luxus, Sport, Medizin, Exoskelett [z. tragbare ergonomische Hebeassistenzsysteme] und Drohnen“, ergänzt Felix. (Siehe „9T Labs bewertet AM für medizinische Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt.“)

Die hybride fortschrittliche Fertigungstechnologie von 9T Labs ermöglicht die Herstellung von Hochleistungsstrukturteilen – in anspruchsvollen kleinen bis mittelgroßen und dicken Abschnitten – aus kohlenstofffaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen (CFRTP) in Produktionsmengen von 100 bis 10.000
Teile/Jahr. Durch die Kombination von 3D-Druck (der Gestaltungsfreiheit bietet, Teil
Komplexität und Kontrolle der Faserorientierung) mit Formpressen in abgestimmten Metallwerkzeugen (für schnelle Zykluszeiten, hohe Produktionsraten, hervorragende Oberflächengüten mit geringen Hohlräumen sowie hohe Wiederholgenauigkeit und Reproduzierbarkeit) bietet das hybride Produktionssystem angeblich das Beste von sowohl additive als auch subtraktive Fertigung.

Die patentierte Red Series Additive Fusion Solution-Plattform des Unternehmens besteht aus einem Build-Modul – einem 3D-Drucker, der das Faserlegen und die Preform-Produktion ermöglicht – und einem Fusion-Modul – einer kompakten Kompressionspresse, die die Preform-Konsolidierung und die endgültige Formgebung des Teils ermöglicht. Die Hardware wird von der Fibrify-Designsuite von 9T Labs unterstützt. Diese Software ermöglicht das Importieren von CAD-Dateien, das Optimieren von Bauteilkonstruktionen und Faser-Layups und das anschließende Verschieben in die wichtigsten kommerziellen
Strukturanalyseprogramme zur Überprüfung der strukturellen Leistung. Dies, so 9T Labs, eliminiert den kostspieligen und zeitaufwändigen „Herstellungs- und Unterbrechungszyklus“ des Entwerfens von Teilen, des Herstellens und Testens von Prototypen und des weiteren Modifizierens von Designs, um die Leistungs- und Kostenziele besser zu erreichen. Im Gegenzug,
Dies hilft Herstellern, Teile schneller und kostengünstiger auf den Markt zu bringen.

Zusammen kann das System schnell, effizient, konsistent und kostengünstig Strukturteile mit hoher Komplexität aus CFRTP-Verbundwerkstoffen für den ersten Prototypenbau bis hin zur Großserienfertigung herstellen. Darüber hinaus die Verwendung bewährter, branchenüblicher Materialien – Hochleistungs-Polyamid (unverstärkt) und kohlefaserverstärktes Polyamid 12 (PA12), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetherketonketon (PEKK) und Polyetheretherketon (PEEK) – leichte, strukturelle Verbundbauteile Metalle in schwierigen Umgebungen zu ersetzen, kann mit geringem Abfall, einem verbesserten Buy-to-Fly-Verhältnis und einem hohen R&R-Niveau kostengünstig hergestellt werden. Da die thermoplastischen Matrizen schmelzaufbereitet werden können, können Abfallmaterial und Teile recycelt und mehrere 3D-gedruckte Unterbaugruppen während des Fusionsschritts zusammengeschweißt werden.