Erschwinglicher Robot-Extruder ermöglicht großformatigen Composite-3D-Druck

CEAD (Delft, Niederlande) hat das CFAM-Prime-System für großformatigen 3D-Druck von Composites kommerzialisiert, das einen patentierten Druckkopf nutzt, der Thermoplaste in ein und demselben Bauteil sowohl mit Endlos- als auch mit Kurzfasern verstärken kann. Während der niederländische Composite-Hersteller Poly Products (Werkendam, Niederlande) in dem Artikel „Think big, print bigger“ in der aktuellen Ausgabe von Kunststof Magazine seine Investition in dieses System erläutert, erkennt CEAD, dass andere Unternehmen einen anderen Ansatz benötigen.

„Wir sehen, dass die Nachfrage nach großformatigem 3D-Druck wächst“, erklärt CEAD-Geschäftsführerin Charlène van Wingerden. „Aber nicht jedes Unternehmen hat Platz für eine große Installation wie unser CFAM-System aufgrund seines Footprints von 8 x 4 x 4,5 Metern.“ Da viele Unternehmen jedoch bereits Roboterarme oder Portalsysteme (z. B. CNC-Bearbeitung) besitzen, hat CEAD einen eigenständigen Extruder entwickelt, der in solche Systeme integriert werden kann und so eine kostengünstigere Lösung bietet, um die Möglichkeiten der additiven Fertigung zu erkunden.

„Wir bauten Formen mit CNC-gefrästem Polyurethanschaum und Handlaminiertem GFK (glasfaserverstärktem Kunststoff), aber dieser Ansatz erforderte zu viel Arbeitsaufwand und Abfall“, erklärt György Juhász, Inhaber von Rapid Prototyping (Budapest, Ungarn), der im Dezember einen CEAD Robot Extruder kaufte. „Wir drucken jetzt Formen mit 30 % kurzglasfaserverstärktem Polypropylen und reduzieren unsere Arbeitszeit um 50 %.“

Der CEAD Robot Extruder ist als leichtgewichtige Lösung mit hoher Ausgabe für großformatigen 3D-Druck von Composites konzipiert. Das System wird mit allem geliefert, was für den 3D-Druck benötigt wird: Robot Extruder, Siemens-PLC-Steuerung, Materiallager, Materialtransport, Wasserkühlung und eine einfach zu installierende Extruder-Halterung.

Hochgefüllte Polymere und breites Thermoplast-Spektrum

Der CEAD Robot Extruder ist ein maßgeschneidertes Hochtemperatursystem, das speziell für den 3D-Druck entwickelt wurde. Mit vier Heizzonen schmilzt der Extruder saubere oder verstärkte Thermoplast-Pellets schrittweise. Er wird von einem Siemens-Servomotor und einem Planetengetriebe angetrieben, um die höheren Drehmomente für die Verarbeitung bestimmter Materialien bereitzustellen. Der Robot Extruder erreicht standardmäßig 330 °C oder bis zu 400 °C in der Hochtemperaturversion, was das Extrudieren einer breiten Palette faserverstärkter Thermoplaste ermöglicht – sogar PEEK (Polyetheretherketon).

Das Upgrade auf einen 1-Kilowatt-Servomotor liefert ein Standarddrehmoment von 63 Nm und ein Spitzenmoment von 144 Nm, was für den Druck schwieriger und zäher Materialien bei hoher Ausgabe vorteilhaft ist. Der Einsatz von Engineering-Materialien kann einen Extruder an seine Grenzen bringen, z. B. Arnite 50 % glasfaserverstärktes PET (Polyethylenterephthalat) und kohlenstoffgefülltes PESU (Polyethersulfon). Obwohl der Standard-Servomotor diese Materialien verarbeiten kann, bietet das Upgrade bei Bedarf etwas mehr Ausgabe.

Materiallager und -transport

Der Robot Extruder umfasst ein Lager für bis zu 25 kg Material, das nicht gründlich getrocknet werden muss. Für Material, das getrocknet werden muss, befindet sich die Materialförderpumpe unter dem Lager und kann direkt mit einem externen Trockner verbunden werden. Die Förderpumpe bläst getrocknetes Material in den Extruder-Trichter, ein Prozess, der über die Siemens-Steuerung feinjustiert wird.

Da der Robot Extruder als Komplettpaket geliefert wird, ist die Materialtransport-Einheit enthalten. In die Entwicklung eines zuverlässigen Transportsystems wurde viel Forschung investiert, da es kritisch für das Drucken über lange unbeaufsichtigte Zeiträume oder mit teuren Engineering-Materialien ist. „Wir betrachten es als inakzeptabel, einen Druckfehler wegen eines Versagens des Transportsystems zu haben“, sagt Wingerden. „CEAD ist einzigartig, weil die Transporteinheit als Standardkomponente mit dem Extruder ausgeliefert wird.“

Einfache Integration und Steuerung

Das gesamte System wird über einen Siemens-Touchscreen bedient, auf dem die CEAD-Software läuft, die speziell für den Robot Extruder und CFAM-Systeme entwickelt wurde und auf jahrelanger Erfahrung in Kunststoffextrusion, 3D-Druck und Maschinenentwicklung basiert.

Alle Robot-Extruder-Komponenten arbeiten zusammen für ein vollintegriertes System. Der Bediener interagiert mit dem Siemens-Bedienfeld, das mit dem Roboter oder Portalsystem verbunden werden kann. Der Robot Extruder wird nur über zwei Signale gesteuert – analog 0-10 Volt und digital 0-24 Volt Gleichstrom (DC) – was ein robustes System für den Roboterarm oder das Portal zur Steuerung des Extruders bietet. Kürzlich führte CEAD die Steuerung des Robot Extruders über Profinet ein, was erweiterte Integrationsoptionen ermöglicht.

Eine maßgeschneiderte Montagehalterung ist ebenfalls enthalten, die nur wenige Schrauben erfordert, um den Robot Extruder an einem Roboterarm oder Portal zu befestigen.

Zusätzliche Systeme

CEAD bietet auch ein einfach zu integrierendes Trocknungssystem und andere Komponenten wie Düsensätze an. Rapid Prototyping kaufte zusätzlich zum Robot Extruder einen Trockner. „So können wir mit einer Reihe von Materialien drucken, z. B. PET, PET-G und ABS“, sagt Juhász.