Versatilidade modular para peças impressas de precisão

APS Tech Solutions é uma divisão da Automatisierte Produktions Systeme GmbH em Höchst, Áustria. Fundada em 1987, a empresa fornece soluções de engenharia, mecânica e robótica para máquinas de corte e ferramentas 3D por jato de água usadas nos mercados automotivo, de aviação e mecânico.

“Três anos atrás, queríamos ter uma impressora 3D muito versátil, mas não encontramos nada que atendesse aos nossos requisitos”, disse Nicolai Wampl, desenvolvimento de negócios da APS Tech Solutions. “Então, criamos nosso próprio sistema, o Wizard 480+, que lançamos no ano passado. Pode imprimir com fibra contínua, filamentos termoplásticos padrão, metal ou cerâmica. ”

O Wizard 480+ tem um volume de impressão de 400 milímetros de comprimento x 230 milímetros de largura x 370 milímetros de altura e uma mesa de impressão que pode ser aquecida até 200 ° C. Os bocais para impressão contínua de filamentos de fibra podem ser aquecidos até 500 ° C.

Precisamos realmente de outra impressora de mesa para compósitos industriais? “Nosso objetivo não era uma impressora de mesa para uso industrial, mas sim uma máquina industrial real”, diz Wampl. “Queríamos uma impressora versátil sem restrições, mas com uma configuração que não fosse esmagadora. Por exemplo, você pode modificar uma impressora de mesa de baixo custo para ser mais versátil, mas requer muito conhecimento e tempo. Do outro lado está uma impressora industrial onde você pode imprimir peças de alto volume em um punhado de materiais, mas se você quiser imprimir algo novo, torna-se difícil. Queríamos imprimir peças usando todos os materiais que existem no mercado, mas em alta qualidade. ” Por exemplo, a peça sobressalente de uma ferramenta de estampagem discutida abaixo exigia precisão de 0,02 milímetros.

“As máquinas de corte e ferramentas com jato de água 3D com as quais trabalhamos devem ser construídas com precisão para operar corretamente”, explica Wampl. “Colocamos esse conhecimento no Wizard 480+ para aumentar a precisão das peças impressas. Outra diferença é que temos um sistema de troca de ferramentas como em uma máquina CNC, que nos permite usar vários tipos de materiais em uma impressão. Por exemplo, se um cliente deseja usar dois tipos diferentes de fibras contínuas em uma única impressão, é possível porque as cabeças de impressão podem ser trocadas. As impressões podem usar plásticos de alto desempenho como PEEK [polieteretercetona] e PEKK [polietercetonecetona], bem como poliamida [PA] e filamentos de FDM [modelagem por deposição fundida] disponíveis comercialmente. Nem todas as partes precisam de fibra contínua. Também temos uma cabeça de impressão para peças simples de cerâmica e metal verde usando aço ou titânio, por exemplo. ” Observe que as peças de cerâmica e metal precisam ser sinterizadas em uma segunda etapa e não incluem plásticos por causa deste pós-processamento de alta temperatura.

Sistema aberto

“A maioria das empresas tem duas máquinas separadas para metais e não metais”, observa Wampl. “Mas, para novos desenvolvimentos, você não quer ter que comprar uma nova impressora toda vez que testa um novo material. Não queríamos um sistema fechado e restrito, mas sim um sistema modular e flexível, com o qual você pode aprimorar ou alterar as partes impressas. ” Por exemplo, o cliente pode desejar imprimir com fibra contínua e poliuretano termoplástico (TPU). “Este é um material difícil porque sua viscosidade cai tão rapidamente que é difícil manter a consistência durante a impressão. Mas queríamos uma impressora que pudesse acomodar isso. ”

O Wizard 480+ foi projetado para imprimir com qualquer filamento contínuo, incluindo fibra de vidro ou fio de cobre. “Nosso filamento de fibra contínua padrão é fibra de carbono 1K / PA, mas também usamos PEEK e PLA [ácido polilático] e podemos chegar a fibra de carbono 3K”, diz Wampl. A APS Tech Solutions deseja fornecer filamentos contínuos ao mercado, mas sua impressora não se restringe a eles.

O Wizard 480+ também está aberto em seu software. “Sempre precisamos de alguma engenharia especial”, diz Wampl, “e é por isso que queríamos ter o máximo de controle. Com muitas impressoras, você fica um pouco restrito pelo software. Mas, com nosso software, você pode colocar as fibras exatamente onde quiser e não fica restrito a nenhum algoritmo. Embora você possa usar um algoritmo para gerar onde as fibras deveriam estar, queríamos que os engenheiros controlassem como colocar as fibras, porque eles sabem como a peça deve ser usada e que tipo de força termina onde. ”

Dito isso, o sistema é relativamente fácil de usar, diz Wampl. “Por exemplo, para imprimir com dois materiais diferentes, você cria duas peças diferentes em CAD. Você então escolhe qual parte é impressa em qual material usando Simplify3D [Cincinnati, Ohio, U.S.], um software fatiador usado para muitas impressoras 3D industriais. Temos então um pós-processador que cria o código G para imprimir. O Simplify3D permite a configuração de todos os parâmetros de impressão, como altura e densidade da camada de preenchimento. Para o pós-processamento, basta arrastar e soltar o arquivo, que será ajustado para a nossa máquina, pois temos alguns recursos - como trocador de ferramentas e uso de filamentos de fibra contínuos - que não são muito comuns ”.

“Na verdade, temos apenas uma restrição”, diz Wampl, “que é o comprimento do filamento impresso. Temos um comprimento mínimo de 20 milímetros. Se um engenheiro faz um determinado comprimento impresso menor do que 20 milímetros, então temos complicações e o pós-processo diz que não é possível. ”

Qualidade esperada, entregue

O primeiro cliente do Wizard 480+ foi o fabricante de ferramentas de estampagem de alto desempenho Stepper Fritz GmbH &Co. KG. (Pforzheim, Alemanha). “Eles precisavam de uma peça sobressalente para uma de suas ferramentas e perguntaram se poderíamos imprimi-la”, disse Wampl. “Eles tiveram dificuldade em encontrar uma impressora 3D para o trabalho devido à geometria complexa e à combinação de materiais necessários, incluindo fibra de carbono contínua, matriz termoplástica e suportes solúveis em água”. A versão anterior desta peça foi feita em alumínio fresado CNC. “Imprimimos a peça sem nenhuma alteração na forma e também integramos roscas para inserções”, observa Wampl. “Usamos um filamento PA preenchido com fibra de carbono picado e pronto para uso no revestimento externo e nosso filamento contínuo de fibra de carbono / PA no lado interno.”

Stepper avaliou a peça, determinou que atendia à precisão exigida e, em seguida, encomendou nossa primeira máquina, diz Wampl. “Eles o executam desde julho de 2020 sem problemas e nos dizem que ainda produz peças com essa precisão.”

A alta qualidade também é uma característica dos compósitos reforçados com fibra impressa, conforme mostrado na micrografia na imagem de abertura, na parte superior. Apresentando cinco camadas de filamento PEEK contínuo reforçado com fibra de carbono 1K da APS Tech Solutions, a peça foi cortada e micrografada logo após a impressão, sem consolidação ou pós-processamento adicional. O material também foi testado na FH Vorarlberg (Universidade de Ciências Aplicadas de Vorarlberg, Alemanha) e micrografado na Universidade de Bayreuth (Bayreuth, Alemanha). Os resultados mostram uma resistência à tração de 1.060 megpascais e uma resistência à flexão de 750 megpascais. “No entanto, este foi um teste muito preliminar e agora estamos preparando testes mais padronizados, durante os quais nossos técnicos acreditam que alcançaremos propriedades ainda maiores”, diz Wampl.

“Nossas vendas, por enquanto, são principalmente para universidades e empresas como a Stepper, que não estão satisfeitas com o que há no mercado”, diz Wampl. “Existem impressoras 3D de fibra contínua com boa tecnologia, mas a maioria é restrita a materiais ou software. Nosso objetivo é atender os clientes que precisam da mais alta qualidade de peças, bem como flexibilidade, como empresas de engenharia mecânica e especializada, bem como aqueles que trabalham com ciência e desenvolvimento de materiais. ”

A empresa continua a trabalhar em seus próprios novos desenvolvimentos, como adaptar seu sistema para um braço robótico de seis eixos e materiais para aplicações espaciais. “Acreditamos que os compósitos impressos em 3D têm uma aplicação muito mais ampla do que foi visto até agora, mas estamos expandindo esses horizontes e possibilitando novas possibilidades para peças industriais.”