Die kontinuierliche Faserherstellung verwischt die Grenze zwischen 3D-Druck und AFP

Continuous Fiber Manufacturing (CFM) ist das von moi composites (Mailand, Italien) patentierte Verfahren für 3D-Druck und kontinuierliche Faserabscheidung. Das Unternehmen wurde im Februar 2018 von der Materialingenieurin und Professorin Marinella Levi, dem Konstrukteur Gabriele Natale und dem Architekten Michele Tonizzo gegründet. Es wurde aus dem +LAB abgespalten, einem kollaborativen 3D-Druckzentrum, das Levi am Politecnico di Milano gegründet hat.

CFM wurde 2015 patentiert und im Jahr 2016 im Rahmen des Atropos-Projekts demonstriert, bei dem ein Propellerblatt aus Endlosglasfaser/Epoxid mit einem Kuka-Industrieroboter gedruckt wurde. Das Blatt wies ein inneres Fachwerk und eine äußere Schale auf, die sowohl ein multiaxiales Laminat (0°, 45° usw.) als auch eine Faseranordnung entlang einer nichtlinearen Achse zeigten. Moi Composites hat ein System der zweiten Generation entwickelt, das einen Comau-Roboter mit einer Bauhöhe von 1,0 × 0,5 × 0,8 m verwendet. „Wir haben auch größere Roboter mit Drehtischen und größerem Bauvolumen eingesetzt, was gezeigt hat, dass unsere Technologie leicht skalierbar ist“, sagt Mitbegründer Tonizzo. „Wir können derzeit mit UV-Härtung in Epoxid, Acryl und Vinylester drucken“, sagt er, „aber wir sind nicht an die UV-Härtung gebunden.“ Glasfasern bis 2400 tex und Basaltfasern wurden beide sehr gut gedruckt und moi composites arbeitet jetzt mit Carbon, jedoch nicht mit UV-härtenden Harzen. Das Unternehmen kann auch mit elektrisch leitfähigen Fasern drucken und produziert Teile für biomedizinische, Marine-, Öl- und Gas- sowie Luft- und Raumfahrtanwendungen, hauptsächlich unter Verwendung von Glasfasern. Es entwickelt auch einen All-in-One-Druckkopf der dritten Generation mit einem Drucksystem auf die Fasern, Sensoren, Schneidmechanismen und einem Fräswerkzeug. Laut Tonizzo wird dies die Lücke zwischen 3D-Druck und automatisierter Faserplatzierung (AFP) schließen. „Der 3D-Druck erreicht nicht die Leistung von AFP, aber CFM bietet mehr Flexibilität. Wir können bereits mit 0,25 mm dicken Fasern drucken und haben die Möglichkeit, Kurven zu erzeugen und Endlosfasern in die ideale Position zu bringen“, fügt er hinzu.

Die Hybridverarbeitung ist ein Konzept, das moi composites bereits erforscht hat, und einer ihrer Erfolge ist die leichte und durchbiegungsarme Überlegenheit der unteren Extremitätenprothese. Die Prothese wird mit einem bedruckten Endlosglasfaser-Innenkern hergestellt, der dann mit einem handlaminierten, nur im Vakuumbeutel ausgehärteten Kohlefasergewebe und einer Epoxidhaut ummantelt wird. „Das gesamte Design reduziert die Durchbiegung und erhöht die Anpassungsfähigkeit, während die Kosten und die Produktionszeit erheblich verkürzt werden“, sagt Tonizzo.

Ein Teil dieser Optimierung wird durch das digitale Design und den digitalen Workflow erzeugt, der Autodesk-Software mit den Algorithmen von moi composites zur Stress- und Pfadoptimierung verwendet. Dies erzeugt den optimierten Faserverlauf sowohl für die strukturellen Belastungen als auch für den Faserablageprozess.

CFM ist offen für eine Vielzahl von Materialien und Designinnovationen, die von +LAB erforscht werden, einschließlich 3D-gedruckter Füllmuster mit einstellbarer elastischer Reaktion und Drucken mit neuartigen Matrizen wie Geopolymeren, die sich wie Beton verhalten. Wird moi composites Druckköpfe und Maschinen verkaufen, wenn es seine CFM-Technologie weiter vorantreibt? „Ja, aber in Zukunft“, sagt Tonizzo. „Im Moment produzieren wir Teile und bringen die Technologie zum Kunden, wobei wir unser Know-how, unseren Druckkopf und unsere Software einsetzen, um Teilelösungen nach Bedarf zu realisieren. Wir suchen auch Investoren, um CFM-Maschinen und -Prozesse für kommerzielle Marktchancen weiter zu skalieren.“

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