Der 6-Achsen-Endlosfaser-3D-Drucker von Electroimpact, ein Teil einer zukünftigen multifunktionalen Fertigungszelle

Electroimpact (, Washington, USA) hat einen in-situ-konsolidierten thermoplastischen automatisierten Faserplatzierungs-(AFP)-Prozess außerhalb des Autoklaven (OOA) und einen fortschrittlichen 3D-Druckprozess für die fusionierte Filamentherstellung (FFF) in ein einheitliches Scalable Composite Robotic Additiv integriert Herstellungssystem (SCRAM). SCRAM ist ein echter 6-Achsen-Industrie-Endlosfaser-verstärkter 3D-Drucker, der die werkzeuglose schnelle Herstellung von integrierten Verbundstrukturen in Luft- und Raumfahrtqualität ermöglicht. Hochleistungsthermoplaste kombiniert mit einem hohen Anteil an Endlosfaserverstärkung werden verwendet, um Teile mit außergewöhnlichen Materialeigenschaften herzustellen, die in der Welt der additiven Fertigung noch nie da waren. Electroimpact behauptet, dass diese Technologie in der Branche ihresgleichen sucht.

„Echtes 3D“-Drucken

Die meisten 3D-Druckverfahren werden treffend als „2,5D“-Druck bezeichnet, da Material nacheinander in flachen Scheiben aufgetragen wird, die dann zu einem 3D-Objekt zusammengestapelt werden. Das SCRAM-Verfahren kann jedoch als „echter 3D“-Druck bezeichnet werden, da Schichten aus endlosfaserverstärktem Thermoplast komplexe Konturen wie aerodynamische Oberflächen und Kanäle für Fluidströmungen annehmen können. Da es sich um einen 6-Achsen-Prozess handelt, kann außerdem die Faserorientierung innerhalb jeder Schicht auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten werden, um eine optimale Festigkeits- und Steifigkeitsverteilung im gesamten Teil zu gewährleisten, ähnlich wie bei einem herkömmlichen AFP-System.

Auf Anfrage gedruckte Werkzeuge

Jede SCRAM-Zelle ist nicht nur mit einem verstärkten thermoplastischen Drucksystem ausgestattet – einem verkleinerten, geschickteren AFP mit in-situ-Konsolidierung (ISC) –, sondern auch mit einem schnellen Werkzeugherstellungssystem basierend auf einem fortschrittlichen FFF-Druckverfahren. Herkömmliches automatisiertes Faserlegen erfordert erhebliche Investitionen in harte Werkzeuge, die unflexibel und teuer sind und lange Vorlaufzeiten erfordern. Im Gegensatz dazu kann SCRAM das Support-Tool bei Bedarf einfach drucken, beginnend mit einer flachen Platte. Später, nachdem das Teil gedruckt wurde, wird das Werkzeugmaterial weggelöst, was schnelle Designiterationen ermöglicht. Es ermöglicht auch die Erstellung von Teilegeometrien wie z. B. Innenkanälen, die mit herkömmlichen Mitteln nur schwer oder gar nicht hergestellt werden können.

Multimaterialsystem

Neben dem endlosfaserverstärkten Thermoplast-Druckverfahren (AFP ISC) und dem FFF-Support-Tool-Druckverfahren sind SCRAM-Zellen auch mit einer FFF-Düse ausgestattet, die für die Abscheidung von thermoplastischem Material mit Kurzfaserverstärkung optimiert ist. Ein proprietäres Laserheizsystem ist integriert, das außergewöhnlich starke Verbindungen zwischen den Schichten erzeugt. Dieses Verfahren ist ideal für Situationen, in denen das Auflegen von Endlosfasern geometrisch unmöglich oder anderweitig nicht sinnvoll ist.

Wie beim Endlosfaserverfahren handelt es sich hierbei um ein „echtes 3D“-Druckverfahren, bei dem die Schichten nicht auf einen Stapel von Ebenen beschränkt sind. Komplexe Geometrien wie Kerne mit variabler Dichte und andere interne Strukturen können direkt auf endlosfaserverstärkte Schichten mit stark variierender Krümmung gedruckt werden. Falls gewünscht, können dann durchgehend faserverstärkte Schichten auf die mit Schnittfasern verstärkte Kernstruktur aufgebracht werden, die eine obere Haut bilden. Beispielmaterialien sind:

• Thermoplaste der PAEK-Familie (Polyarylketon) (PEEK, PEKK usw.)
• Nylons und andere Niedrigtemperatur-Thermoplaste (PA12, ABS usw.)
• Wasserlösliche Thermoplaste
• Kohlefaser
• Glasfaser
• Borfaser.

SCRAM-Zellenkonfiguration

Das SCRAM-System von Electroimpact verwendet eine Siemens 840D CNC-Steuerung und einen 6-Achsen-Roboter mit seinem patentierten Accurate Robot-Paket, einschließlich einer kontinuierlichen 6. Roboterachse für die Durchleitung von Versorgungsleitungen mit unbegrenzter Rotation. Die Werkzeugwechselschnittstelle ermöglicht die nahtlose Aufnahme und Abgabe von Endeffektoren, einschließlich eines Endeffektors für die Abscheidung mehrerer Materialien.

Die Zelle umfasst eine beheizte Bauplattform mit rotierender Heizplatte und ist in einer beheizten Baukammer untergebracht, um die Wärmeausdehnung und -schrumpfung zu kontrollieren. SCRAM wird außerdem standardmäßig mit einem Coupon- und Kalibrierstand, einer CAM-Software-Suite für die Teileprogrammierung und Schulungen für Bediener, Mechaniker und Programmierer geliefert.

Zu den optionalen Funktionen gehören:

• Hochdurchsatz-Endeffektor für die Extrusion von Kunststoffpellets zum schnellen Ablegen großer Stützwerkzeuge aus kostengünstigem Ausgangsmaterial;
• Endeffektor für die subtraktive Bearbeitung, zum Beschneiden von Teilen und zum Konditionieren von Stützwerkzeugoberflächen für optimales Finish und Genauigkeit;
• Teilweise wiederverwendbares Stützwerkzeugsystem mit einer wasserlöslichen Opferschicht für kleine Produktionsläufe.

Über Elektroimpakt

Electroimpact ist ein erfahrener Lieferant von Fertigungsautomatisierung und Werkzeugen für die Luft- und Raumfahrtindustrie. Das Unternehmen ist ein Paradies für Ingenieure, die mit minimaler Bürokratie vertikal für alle Arbeiten vom Konzept bis zur Kundenabnahme verantwortlich sind. Ihre Projekte umfassen komplette Automatisierungsmontagesysteme für Tragflächen von Verkehrsflugzeugen, AFP-Systeme (Automated Fiber Placement), hochpräzise Roboterbohr- und Befestigungsmaschinen, Nietmaschinen für die Tragflächen- und Rumpfmontage sowie Ausrüstung für die Handhabung von Raumfahrzeugen und Satelliten.