Setforge startet Serienproduktion von Carbonfaser-Verbundwerkstoffen mit 9T-Labs-Technologie

Seit über einem Jahrhundert schmiedet und bearbeitet Setforge (eine Tochtergesellschaft der Farinia-Gruppe, L'Horme, Frankreich) hochvolumige, präzise Metallkomponenten für anspruchsvolle Branchen wie Automobil und Luftfahrt. Um die Führungsposition zu behaupten und sich an veränderte Zeiten anzupassen, hat das Unternehmen in Technologie investiert, die es ermöglicht, hochleistungsfähige carbonfaserverstärkte Verbundwerkstoffteile schnell und kosteneffizient zu konstruieren und herzustellen, um Stahl, Aluminium und Titan bei deutlich geringerem Gewicht zu ersetzen. Um den Einstieg in fortschrittliche Verbundwerkstoffe zu erleichtern, wurde Setforge frühzeitig Partner des Hybrid-Fertigungslösungs-OEMs 9T Labs AG (Zürich, Schweiz) und hat nun die Suche nach neuen Serienbauteilanwendungen gestartet, die auf seiner Red Series Additive Fusion Solution Plattform in L'Horme, Frankreich, produziert werden sollen.

„Wir haben uns für ihre Red Series Additive Fusion Solution Plattform entschieden, die eine All-in-One-Lösung aus Software, Hardware und Support darstellt. Die Fibrify-Software ermöglicht es uns, Teile mit Fasern zu konstruieren, die wir nur dort platzieren, wo sie benötigt werden, und sie ist direkt mit kommerziell erhältlicher struktureller Simulationssoftware verknüpft“, erklärt Damien Felix, F&E-Projektleiter bei Setforge. „Die Kombination von additiver Fertigung [AM] und Formgebung ist einzigartig. Wir können strukturelle Teile anbieten, die reproduzierbar und auch kosteneffizient sind. Die Expertise von 9T Labs im Verbundwerkstoffbereich hilft uns, die richtige Anwendung zu identifizieren und lastangepasste Teile einfach zu konstruieren. Wir können sogar Metalleinsätze vor der Verdichtung der Fasern und Reduzierung der Porosität einbringen. Am Ende erhalten wir fertige, netznahe Teile mit hohen Faseranteilen und geringer Porosität, die die spezifische Last viermal höher tragen als Stahl.“

Was ist der Marktnutzen von Teilen, die near-net-shape hergestellt werden können, mit einem optimierten Gewicht-Leistungs-Verhältnis und höherer mechanischer Leistung als bei anderen Hochgeschwindigkeits-Carbonfaserprozessen? Didier Henry, Direktor von Setforge, sagt, die Antwort sei „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 Verbundwerkstoffteile zu ersetzen, die verbessert, leichter und stärker gemacht werden müssen.“

Mit dem Aufbau seiner ersten Carbonfaser-AM-Produktionskapazitäten dank 9T Labs wird Setforge in der Lage sein, bis zu 5.000 Carbonfaser-Verbundwerkstoffteile pro Jahr in Größen bis zu 350 x 270 x 250 Millimetern herzustellen. Wenn die Kapazität 2023 und darüber hinaus hochgefahren wird, erwartet Setforge, 100.000 Teile pro Jahr produzieren zu können und die Bauteilabmessungen zu erweitern.

„Mit der Red Series wollen wir vorschlagen, Metallteile durch Verbundwerkstoffe für unsere aktuellen Märkte wie Automobil oder Luftfahrt zu ersetzen, aber wir wollen auch innovative Lösungen für neue Märkte anbieten – beispielsweise Luxus, Sport, Medizin, Exoskelette [z. B. tragbare ergonomische Hebeassistenzsysteme] und Drohnen“, fügt Felix hinzu. (Siehe „9T Labs bewertet AM für medizinische, luftfahrtbezogene Anwendungen“.)

Die hybride fortschrittliche Fertigungstechnologie von 9T Labs ermöglicht die Herstellung von hochleistungsfähigen strukturellen Teilen – in anspruchsvollen kleinen bis mittleren Größen und dicken Wandstärken – aus carbonfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen (CFRTP) in Produktionsvolumen von 100 bis 10.000 Teilen pro Jahr. Durch die Kombination von 3D-Druck (der Designfreiheit, Teilekomplexität und Kontrolle der Faserorientierung bietet) mit Pressformen in passenden Metallwerkzeugen (das schnelle Zykluszeiten, hohe Produktionsraten, hervorragende Oberflächenqualität mit geringen Lunkern sowie hohe Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit bietet), vereint das hybride Produktionssystem angeblich das Beste aus additiver und subtraktiver Fertigung.

Die patentierte Red Series Additive Fusion Solution Plattform des Unternehmens besteht aus einem Build-Modul – einem 3D-Drucker für Faserablage und Preform-Herstellung – und einem Fusion-Modul – einer kompakten Pressen für Preform-Konsolidierung und endgültige Teileformung. Die Hardware wird von der Fibrify-Design-Suite von 9T Labs unterstützt. Diese Software ermöglicht den Import von CAD-Dateien, die Optimierung von Teiledesign und Faserablage, und den Transfer in gängige kommerzielle Strukturanalyseprogramme zur Verifizierung der strukturellen Leistung. Dies, so 9T Labs, eliminiere den kostspieligen und zeitaufwändigen „Make-and-Break“-Zyklus des Teiledesigns, der Prototypenherstellung und -prüfung sowie der weiteren Designmodifikation, um Leistungs- und Kostenziele genauer zu erreichen. Dies hilft Herstellern wiederum, Teile schneller und kostengünstiger auf den Markt zu bringen.

Zusammen kann das System strukturelle Teile mit hoher Komplexität in CFRTP-Verbundwerkstoffen für den anfänglichen Prototypenbau bis hin zur Hochvolumenfertigung schnell, effizient, konsistent und kosteneffizient herstellen. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz bewährter Industriestandardmaterialien – hochleistungsfähige unreinforced (neat) und carbonfaserverstärkte Polyamid 12 (PA12), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetherketonketon (PEKK) und Polyetheretherketon (PEEK) – die kostengünstige Herstellung leichter, struktureller Verbundwerkstoffteile, die Metalle in anspruchsvollen Umgebungen ersetzen können, mit geringem Abfall, verbessertem Buy-to-Fly-Verhältnis und hohen R&R-Werten. Da die thermoplastischen Matrizen schmelzbar wiederverarbeitet werden können, können Ausschussmaterial und -teile recycelt werden, und mehrere 3D-gedruckte Unterbaugruppen können während des Fusion-Schritts zusammengefügt werden.