9T Labs bewertet AM für medizinische Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt

9T Labs (Zürich, Schweiz) stellt die Red Series of Additive Fusion Technology (AFT)-Systeme zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Polymerteilen her. Das System besteht aus drei Komponenten:Fibrify Designsoftware, einem 3D-Drucker namens Build Module und einem Fusion Module, das das gedruckte Teil konsolidiert. Das Bauvolumen der Red Series beträgt 350 x 270 x 250 Millimeter und die verfügbaren Materialien sind Kohlefaser/PEKK und Kohlefaser/PA12 mit 60 % Faservolumenanteil (FVF).

9T Labs enthüllte kürzlich Details zu zwei kürzlich abgeschlossenen Studien, in denen die Machbarkeit der Verwendung der Red Series als Ersatz für ein vorhandenes Metallteil bewertet wurde. Eines ist ein Luft- und Raumfahrtscharnier und das andere ist ein chirurgisches Werkzeug, das als Zielbügelaufsatz bezeichnet wird.

Das Scharnier besteht derzeit aus Stahl und verfügt über eine vertikale Platte, die auf einer Grundplatte mit vier Befestigungslöchern darin montiert ist. In der Studie wurden Topologieoptimierung und -neugestaltung, Mehrkörperstrategie, Verstärkungsstrategie, Gewichtsreduzierung und Kostenanalyse bewertet. Die Topologieoptimierung führte zu einem optimierten Redesign, gefolgt von der Entwicklung einer Fertigungsstrategie. Hier entschied man sich, das Scharnier in Teilen – Vertikalblech und einer zweikomponentigen Grundplatte – zu fertigen und diese dann bei der Konsolidierung im „Fusion“-Verfahren zusammenzufügen. Die Fibrify-Software leitete die Entwicklung einer Faser-Layup-Strategie für jede Scharnierkomponente, die mehrere Layouts für jede umfasste. Material ist eine Kombination aus reinem PEKK (35%) und Kohlefaser/PEKK (65%). Das Teilvolumen beträgt 18,3 Kubikzentimeter; Das Teilegewicht beträgt 27 Gramm, was einer Ersparnis von 78 % gegenüber der Stahlversion entspricht. Die Produktionskostenanalyse von 9T Labs bewertete die Werkzeug-, Material-, Ausrüstungs- und Arbeitskosten und stellte fest, dass der Ersatz aus Verbundwerkstoff 50 % weniger in der Herstellung kosten würde als der Altteil aus Stahl.

Der chirurgische Zielbügelaufsatz ist ein T-förmiges Gerät aus einer Aluminiumlegierung mit mehreren Löchern darin, das verwendet wird, um chirurgische Instrumente während einer Operation auszurichten. Es sieht relativ geringe mechanische Belastungen aus, durchläuft jedoch mehrere Sterilisationszyklen und muss eine ausgezeichnete Maßgenauigkeit beibehalten. Auch die Röntgendurchlässigkeit ist kritisch. Die Layup-Strategie konzentrierte sich auf die Entwicklung robuster Außenflächen und Dimensionsstabilität der Löcher, die durch direktes Verbinden der Löcher über die Faserplatzierung erreicht wurde. Das endgültige Design besteht aus 90 additiv gefertigten Schichten, um eine Durchgangsdicke von 20 Millimetern zu erreichen. Materialien sind reines PEKK (60 %) und Kohlefaser/PEKK (40 %). Das Teilvolumen beträgt 62,5 Kubikzentimeter; Das Teilegewicht beträgt 88 Gramm, was einer Gewichtseinsparung von 48 % gegenüber der Aluminiumversion entspricht. Die durchgeführte Produktionskostenanalyse war die gleiche wie für das Luft- und Raumfahrtscharnier und zeigte ein Einsparpotenzial von bis zu 68 %.