Electroimpact stellt SCRAM vor: 6-Achsen-Continuous-Fiber-3D-Drucker für werkzeuglose Luftfahrt-Composite-Fertigung

Electroimpact (Washington, USA) hat einen Out-of-Autoclave (OOA) In-situ-konsolidierten thermoplastischen Automated Fiber Placement (AFP)-Prozess und einen fortschrittlichen Fused Filament Fabrication (FFF) 3D-Druckprozess in einem einheitlichen Scalable Composite Robotic Additive Manufacturing (SCRAM) System integriert. SCRAM ist ein echter 6-Achsen-Industrie-Continuous-Fiber-verstärkter 3D-Drucker, der die werkzeuglose Rapid Fabrication von luftfahrttauglichen integrierten Verbundstrukturen ermöglicht. Hochleistungsthermoplaste in Kombination mit einem hohen Anteil an Continuous-Fiber-Verstärkung werden verwendet, um Bauteile mit außergewöhnlichen Materialeigenschaften herzustellen, die in der Welt der additiven Fertigung bisher unerreicht waren. Electroimpact behauptet, diese Technologie habe in der Branche kein Gleiches.

„Echter 3D“-Druck

Die meisten 3D-Druckprozesse werden treffender als „2,5D“-Druck beschrieben, da Material in flachen Schichten aufeinanderfolgend aufgetragen und dann zu einem 3D-Objekt gestapelt wird. Der SCRAM-Prozess hingegen kann als „echter 3D“-Druck betrachtet werden, da Lagen aus continuous-fiber-verstärktem Thermoplast die Form komplexer Konturen annehmen können, wie aerodynamische Oberflächen und Kanäle für Strömungen. Darüber hinaus kann, da es ein 6-Achsen-Prozess ist, die Faserorientierung innerhalb jeder Lage an die spezifische Anwendung angepasst werden, um optimale Festigkeits- und Steifigkeitsverteilung im gesamten Bauteil zu gewährleisten – ähnlich wie bei einem konventionellen AFP-System.

Werkzeug auf Abruf gedruckt

Jede SCRAM-Zelle ist nicht nur mit einem verstärkten Thermoplast-Drucksystem ausgestattet – einem skalierten, wendigeren AFP mit In-situ-Konsolidierung (ISC) – sondern auch mit einem Rapid-Tool-Fertigungssystem basierend auf einem fortschrittlichen FFF-Druckprozess. Konventionelles automatisiertes Faserlegen erfordert erhebliche Investitionen in Hartwerkzeuge, die unflexibel, teuer und lange Vorlaufzeiten haben. Im Gegensatz dazu kann SCRAM einfach das Stützwerkzeug auf Abruf drucken, ausgehend von einer einfachen Platte. Nachdem das Bauteil fertig gedruckt ist, wird das Werkzeugmaterial aufgelöst, was schnelle Designiterationen ermöglicht. Es erlaubt auch die Erstellung von Bauteilgeometrien wie internen Kanälen, die mit konventionellen Mitteln schwer oder unmöglich herzustellen sind.

Multi-Material-System

Zusätzlich zum Continuous-Fiber-verstärkten Thermoplast-Druckprozess (AFP ISC) und dem FFF-Stützwerkzeug-Druckprozess sind SCRAM-Zellen auch mit einer FFF-Düse ausgestattet, die für die Ablage von Thermoplast-Material mit Kurz- oder „gehackter“ Faser optimiert ist. Ein proprietäres Laserheizsystem ist integriert, das außergewöhnlich starke Schichtverbindungen erzeugt. Dieser Prozess eignet sich ideal für Situationen, in denen das Legen von Continuous Fiber geometrisch unmöglich oder sonst nicht sinnvoll ist.

Wie der Continuous-Fiber-Prozess ist dies ein „echter 3D“-Druckprozess, bei dem die Lagen nicht auf einen Stapel von Ebenen beschränkt sind. Komplexe Geometrien wie variable-Dichte-Kerne und andere interne Strukturen können direkt auf continuous-fiber-verstärkte Lagen mit stark variierender Krümmung gedruckt werden. Falls gewünscht, können continuous-fiber-verstärkte Lagen dann auf die gehackte-faser-verstärkte Kernstruktur aufgebracht werden, um eine obere Haut zu bilden. Beispielmaterialien umfassen:

• PAEK (Polyarylketon)-Familie Thermoplaste (PEEK, PEKK, etc.)
• Nylons und andere niedrigtemperatur-Thermoplaste (PA12, ABS, etc.)
• Wasserlösliche Thermoplaste
• Carbonfaser
• Glasfaser
• Bor-Faser

SCRAM-Zellen-Konfiguration

Electroimpacts SCRAM-System verwendet einen Siemens 840D CNC-Controller und 6-Achsen-Roboter mit seinem patentierten Accurate Robot Paket, einschließlich einer kontinuierlichen 6. Roboterachse für Medien-Durchführung mit unbegrenzter Rotation. Die Werkzeugwechsel-Schnittstelle ermöglicht das nahtlose Aufnehmen und Absetzen von Endeffektoren, einschließlich eines Multi-Material-Depositions-Endeffektors.

Die Zelle umfasst eine beheizte Bauplattform mit rotierender Heizplatte und ist in einer beheizten Baukammer untergebracht, um thermische Ausdehnung und Schrumpfung zu kontrollieren. SCRAM wird standardmäßig mit Proben- und Kalibrierstand, CAM-Teileprogrammier-Software-Suite und Schulung für Bediener, Mechaniker und Programmierer geliefert.

Optionale Features umfassen:

• High-Throughput-Kunststoff-Pellet-Extrusions-Endeffektor für schnelles Deposieren großer Stützwerkzeuge aus kostengünstigem Rohmaterial;
• Subtraktiver Bearbeitungs-Endeffektor zum Trimmen von Bauteilen und Konditionieren von Stützwerkzeugoberflächen für optimale Oberflächenqualität und Genauigkeit;
• Teilweise wiederverwendbares Stützwerkzeug-System mit wasserlöslicher Opferschicht für kurze Produktionsläufe.

Über Electroimpact

Electroimpact ist ein erfahrener Lieferant von Fertigungsautomatisierung und Werkzeugbau für die Luftfahrtindustrie. Das Unternehmen ist ein Paradies für Ingenieure, die vertikal für alle Arbeiten vom Konzept bis zur Kundenabnahme mit minimaler Bürokratie verantwortlich sind. Ihre Projekte umfassen komplette Automatisierungsmontagesysteme für Verkehrsflugzeugflügel, AFP-Systeme (Automated Fiber Placement), hochpräzise Roboterbohr- und -schraubmaschinen, Nietmaschinen für Flügelpaneel- und Rumpfmontage sowie Raumfahrt- und Satellitenhandhabungsausrüstung.