BAAM-Drucker von Cincinnati Inc. demonstriert 3D-Druck mit recycelten Verbundwerkstoffen

Cincinnati Inc. (CI, Harrison, Ohio, USA) gab bekannt, dass es seine Big Area Additive Manufacturing (BAAM)-Maschine eingesetzt hat, um zu demonstrieren, dass recycelte Materialien für den 3D-Druck verwendet werden können, indem eines der größten monolithischen Multis hergestellt wird -materielle Gegenstände bis heute. Die Demonstration hat erfolgreich bewiesen, dass großflächiger Multi-Material-Druck mit recycelten Verbundmaterialien effektiv und wirtschaftlich durchgeführt werden kann.

Der großformatige Multi-Material-Druck wurde durch Modifikationen am BAAM und durch ein neues Extruder-Design erreicht, das ein Dual-Feed-System aufnimmt.

In den letzten Jahren hat CI mit dem Oak Ridge National Laboratory (ORNL, Knoxville, Tennessee, USA) des US-Energieministeriums (DOE) zusammengearbeitet, um das BAAM kontinuierlich zu verbessern und weiterzuentwickeln. Die anfängliche Forschung konzentrierte sich auf den großflächigen Druck von Einzelmaterialsystemen, typischerweise kurzfaserverstärkte Polymere.

„Das Ziel dieser speziellen Studie war es, den Druck eines Multimaterial-Verbundwerkzeugs einschließlich Übergängen mit einer Länge von mehr als 3 m zu demonstrieren, das recyceltes Material enthält und ohne manuelle Eingriffe gedruckt wird", sagt Alex Riestenberg, Produktmanager für Additive Fertigung bei CI.

Das für diese Demonstration ausgewählte Teil war eine einzelne Facette eines Betonfertigteils, das bei der Herstellung von kommerziellen Fensterpaneelen für ein Hochhausprojekt in New York City verwendet wird. Die Form wog ungefähr 400 Pfund bei einer Länge von 10 Fuß, 10 Zoll. Die Druckzeit betrug ungefähr sieben Stunden.

„Studien haben gezeigt, dass durch die Verwendung mehrerer Materialien innerhalb einer Struktur neue mechanische Reaktionen und Multifunktionalität erreicht werden können – wie beispielsweise Leichtbaustrukturen mit maßgeschneiderten mechanischen Eigenschaften, weiche und steife Segmente innerhalb eines Teils und schlagfeste Strukturen“, sagt ORNL-Materialwissenschaftler Vidya Kishore.

Die beiden für den Bau verwendeten Materialien waren eine Mischung aus 100 % recyceltem CF/ABS und Standard-CF/ABS- und ABS-Syntaktikschaum.

Neben den ökologischen Vorteilen der Verwendung recycelter Materialien, sagt Cincinnati Inc. zu den Vorteilen der Multimaterial-Extrusion, dass sie den leitfähigen Schaltungsdruck für intelligente Strukturen, leichte Kernstrukturen, niedrigere Werkzeugkosten, einfacheres Entfernen von Trägermaterial, örtliche Verstärkung bestimmter Bereiche, die Möglichkeit, unterschiedliche Materialien in verschiedenen Merkmalen auf dem Bauteil zu verwenden und sogar die Farbe des Teils zu ändern.

Der Schlüssel zur Erreichung der oben skizzierten Ziele war das in Zusammenarbeit mit ORNL entwickelte BAAM-Multimaterialsystem. Das große thermoplastische Zweimaterial-Extrusionssystem ermöglicht es dem Benutzer, mit nur einem Extruder mit mehreren verschiedenen Materialien in einem einzigen Aufbau zu drucken.

„Die dem Extruder zugeführte Materialquelle wird während eines Druckvorgangs zu bestimmten Zeiten im laufenden Betrieb umgeschaltet, indem zwei Materialanschlüsse über die Zuführung zum Extruder hin und her geschoben werden“, sagt Riestenberg. „Das System umfasst auch einen Materialmischer außerhalb des Maschinenrahmens, der bestimmte Mengen verschiedener Materialien und Füllstoffe für bestimmte kundenspezifische Materialqualitäten im laufenden Betrieb mischen kann.“

Riestenberg erklärt, dass die Kombination des Materialzufuhr-Umschaltmechanismus und des Materialmischers Benutzern die Möglichkeit gibt, mit mehreren verschiedenen Arten von Materialien und Materialkombinationen in einem einzigen Aufbau zu drucken, anstatt mit zwei.

„Die BAAM mit Multi-Material-System-Upgrade ist die einzige Maschine, die das derzeit kann, und das hebt uns von unseren Mitbewerbern ab“, sagt Riestenberg. „Mit der wissenschaftlichen Forschungsunterstützung von DOE’s Advanced Manufacturing Office und ORNL konnten wir diesen Herstellungsmeilenstein erreichen.“