Robot Extruder bietet eine kostengünstige Alternative zur Erforschung der additiven Fertigung von Verbundwerkstoffen

CEAD (Delft, Niederlande) hat das CFAM Prime-System für den großflächigen 3D-Druck von Verbundwerkstoffen mit einem patentierten Druckkopf kommerzialisiert, der Thermoplaste mit Endlos- und Kurzfasern im selben Teil verstärken kann. Auch wie der niederländische Verbundwerkstoffhersteller Poly Products (Werkendam, Niederlande) seine Investition in dieses System im Artikel „Think big, print größer“ in der aktuellen Ausgabe des Kunststof Magazine erläutert , CEAD erkennt an, dass andere Unternehmen einen anderen Ansatz benötigen.

„Wir sehen, dass die Nachfrage nach großformatigem 3D-Druck wächst“, erklärt Charléne van Wingerden, Leiterin der Geschäftsentwicklung bei CEAD. „Aber nicht jedes Unternehmen hat aufgrund seiner Grundfläche von 8 x 4 x 4,5 Metern Platz für eine große Installation wie unser CFAM-System.“ Da jedoch viele Unternehmen bereits über Roboterarme oder Portalsysteme (z. B. CNC-Bearbeitung) verfügen, hat CEAD einen eigenständigen Extruder entwickelt, der in solche Systeme integriert werden kann und somit eine kostengünstigere Lösung bietet, um die Möglichkeiten der additiven Fertigung zu erkunden.

„Wir bauten Formen mit CNC-bearbeitetem Polyurethanschaum und Handlaminat-GFK (glasfaserverstärktem Kunststoff), aber dieser Ansatz war mit zu viel Arbeit und Abfall verbunden“, erklärt György Juhász, Eigentümer von Rapid Prototyping (Budapest, Ungarn), der eine CEAD . gekauft hat Roboterextruder im Dezember. „Wir drucken jetzt 3D-Formen aus 30 % kurzglasfaserverstärktem Polypropylen und reduzieren unsere Arbeitszeit um 50 %.“

Der CEAD Robot Extruder ist als Leichtbaulösung mit hoher Leistung für den großflächigen 3D-Druck von Verbundwerkstoffen konzipiert. Dieses System wird mit allem geliefert, was für den 3D-Druck benötigt wird:Roboterextruder, SPS-basierte Steuerung von Siemens, Materiallagerung, Materialtransport, Wasserkühlung und eine einfach zu installierende Extruderhalterung.

Hochgefüllte Polymere und Thermoplaste

Der CEAD Robot Extruder ist ein kundenspezifisches Hochtemperatursystem für den 3D-Druck. Unter Verwendung von vier Heizzonen schmilzt der Extruder nach und nach unverdünnte oder verstärkte thermoplastische Pellets. Angetrieben wird es von einem Siemens-Servomotor und einem Planetengetriebe für höhere Drehmomente, die bei der Bearbeitung bestimmter Materialien erforderlich sind. Der Roboterextruder ist standardmäßig für Temperaturen von 330 °C oder für die Hochtemperaturversion bis 400 °C ausgelegt, wodurch eine Vielzahl von faserverstärkten thermoplastischen Materialien extrudiert werden kann – sogar PEEK (Polyetheretherketon).

Das Upgrade auf einen 1-Kilowatt-Servomotor bietet ein Standarddrehmoment von 63 Nm und ein Spitzendrehmoment von 144 Nm, was für den Druck schwieriger und zäher Materialien bei hoher Leistung von Vorteil ist. Die Verwendung von technischen Materialien kann einen Extruder zu seiner maximalen Leistungsfähigkeit bringen, zum Beispiel Arnite 50 % glasfaserverstärktes PET (Polyethylenterephthalat) und kohlenstoffgefülltes PESU (Polyethersulfon). Obwohl der Standard-Servomotor diese Materialien verarbeiten kann, bietet das Upgrade bei Bedarf etwas mehr Leistung.

Materiallagerung und -transport

Der Robot Extruder bietet Platz für bis zu 25 Kilogramm Material, das nicht gründlich getrocknet werden muss. Bei nicht zu trocknendem Material befindet sich die Materialförderpumpe unterhalb des Speichers und kann direkt mit einem externen Trockner verbunden werden. Die Materialförderpumpe bläst getrocknetes Material in den Extrudertrichter, ein Prozess, der durch Siemens-Steuerungen fein abgestimmt wird.

Da der Robot Extruder als Komplettpaket geliefert wird, ist die Materialtransporteinheit im Lieferumfang enthalten. Es wurde viel geforscht, um ein zuverlässiges Materialtransportsystem zu entwickeln, da es für den Druck über längere Zeiträume ohne Aufsicht oder beim Drucken mit teuren technischen Materialien entscheidend ist. „Wir halten es für inakzeptabel, einen Druckausfall zu haben, weil das Transportsystem ausgefallen ist“, sagt Wingerden. „CEAD ist einzigartig in der Tatsache, dass die Transporteinheit eine Standardkomponente ist, die mit dem Extruder geliefert wird.“

Einfache Integration und Kontrolle

Das gesamte System wird über einen Siemens-Touchscreen bedient, auf dem die CEAD-Software ausgeführt wird, die speziell für die Robot Extruder- und CFAM-Systeme entwickelt wurde, basierend auf jahrelanger Erfahrung in der Kunststoffextrusion, dem 3D-Druck und der Maschinenentwicklung.

Alle Komponenten des Robot Extruder arbeiten zusammen für ein vollständig integriertes System. Der Bediener interagiert mit dem Siemens-Bedienpanel, das mit dem Roboter- oder Portalsystem verbunden werden kann. Der Roboterextruder wird von nur zwei Signalen gesteuert – analog 0-10 Volt und digital 0-24 Volt Gleichstrom (DC) — bietet ein robustes System für den Roboterarm oder das Portal zur Steuerung des Extruders. Vor kurzem führte CEAD die Steuerung des Roboterextruders über Profinet ein, was erweiterte Integrationsoptionen ermöglicht.

Eine benutzerdefinierte Montagehalterung ist ebenfalls im Lieferumfang enthalten, sodass nur wenige Schrauben erforderlich sind, um den Roboterextruder an einem Roboterarm oder einem Portal zu montieren.

Nebensysteme

CEAD bietet auch ein einfach zu integrierendes Trocknungssystem und weitere Komponenten, wie beispielsweise Düsensätze. Rapid Prototyping kaufte zusätzlich zu seinem Robot Extruder einen Trockner. „Wir können also mit einer Reihe von Materialien drucken, zum Beispiel PET, PET-G und ABS“, sagt Juhász.