9T Labs hebt additive Fertigung für fortschrittliche Medizin- & Luftfahrtanwendungen auf neues Niveau

9T Labs (Zürich, Schweiz) fertigt die Red Series der Additive Fusion Technology (AFT) Systeme für die Herstellung von endlosfaserverstärkten Polymerteilen. Das System besteht aus drei Komponenten: Fibrify-Designsoftware, ein 3D-Drucker namens Build Module und ein Fusion Module, das das gedruckte Teil konsolidiert. Der Bauraum der Red Series beträgt 350 x 270 x 250 Millimeter und verfügbare Materialien sind Kohlefaser/PEKK und Kohlefaser/PA12 mit 60 % Faser-Volumenanteil (FVF).

9T Labs enthüllte kürzlich Details zu zwei kürzlich abgeschlossenen Studien, die die Machbarkeit der Nutzung der Red Series zum Ersatz bestehender Metallteile bewerteten. Eines ist ein Luftfahrt-Scharnier, das andere ein chirurgisches Werkzeug, ein Zielarm (aiming arm).

Das Scharnier besteht derzeit aus Stahl und verfügt über eine vertikale Platte, die auf einer Basisplatte mit vier Befestigungslöchern montiert ist. Die Studie bewertete Topologieoptimierung und Neugestaltung, Multi-Body-Strategie, Verstärkungsstrategie, Gewichtsreduktion und Kostenanalyse. Die Topologieoptimierung führte zu einem optimierten Redesign, gefolgt von der Entwicklung einer Fertigungsstrategie. Die Entscheidung fiel, das Scharnier in Teilen – vertikale Platte und eine zwei-komponentige Basisplatte – zu fertigen und diese dann während der Konsolidierung im „Fusion“-Prozess zu verbinden. Die Fibrify-Software leitete die Entwicklung einer Faserlege-Strategie für jedes Scharnierkomponente, was mehrere Layouts für jedes beinhaltete. Das Material ist eine Kombination aus reinem PEKK (35 %) und Kohlefaser/PEKK (65 %). Teilevolumen beträgt 18,3 cm³; Teilgewicht 27 Gramm, was einer 78-prozentigen Einsparung gegenüber der Stahlversion entspricht. 9T Labs' Produktionskostenanalyse bewertete Werkzeug-, Material-, Geräte- und Arbeitskosten und ermittelte, dass der Verbundwerkstoffersatz 50 % weniger in der Fertigung kosten würde als das Stahl-Erbstück.

Der chirurgische Zielarm ist ein T-förmiges Aluminiumlegierungsgerät mit mehreren Löchern, das zur Ausrichtung chirurgischer Werkzeuge während einer Operation verwendet wird. Er erfährt relativ moderate mechanische Lasten, durchläuft jedoch mehrere Sterilisationszyklen und muss hervorragende Dimensionsgenauigkeit bewahren. Röntgentransluzenz ist ebenfalls kritisch. Die Legestrategie konzentrierte sich auf die Entwicklung robuster Außenflächen und Dimensionsstabilität der Löcher, was durch direkte Verbindung der Löcher via Faserplatzierung erreicht wurde. Das finale Design weist 90 additiv gefertigte Lagen auf, um eine Durchgangsdicke von 20 Millimetern zu erzeugen. Materialien sind reines PEKK (60 %) und Kohlefaser/PEKK (40 %). Teilevolumen beträgt 62,5 cm³; Teilgewicht 88 Gramm, was einer 48-prozentigen Gewichtsersparnis gegenüber der Aluminiumversion entspricht. Die durchgeführte Produktionskostenanalyse war dieselbe wie für das Luftfahrt-Scharnier und zeigte potenzielle Einsparungen von bis zu 68 %.