DLR lança EmpowerAX para industrializar a impressão 3D de fibra contínua

O Centro Aeroespacial Alemão (DLR) é líder em inovação em tudo, desde veículos de lançamento espacial e aeronaves até tecnologias digitais e mobilidade de última geração. Em compósitos, ela avançou em uma ampla gama de tecnologias, desde soldagem de compósitos termoplásticos e infusão de resina líquida de aeroestruturas primárias até sistemas de produção inteligentes de Compósitos 4.0, para citar apenas alguns.

Agora, o Instituto DLR de Estruturas Compostas e Sistemas Adaptativos (Braunschweig, Alemanha) tem como objetivo ajudar a industrializar a impressão 3D de compostos de fibra contínua, estabelecendo uma plataforma global orientada para a demanda e diversificada no setor para usuários de tecnologia e fornecedores de Extrusão Aditiva chamada EmpowerAX.

DLR discutiu EmpowerAX no ITHEC 2020, e eu segui com Xenia Stumpf e Maik Titze no DLR. Aqui, eu compartilho o que aprendi.

Conceitos para integração direta de fibra em impressão 3D de compósitos. Fonte de informação:Alexander Matschinski, Virtual Symposium on AFP and AM, TU Munich, Chair of Carbon Composites (LCC), setembro de 2020. Foto:“Impressão 3D com fibra contínua:uma paisagem”, CW Outubro de 2020.

Por que extrusão aditiva?

“Estamos desenvolvendo tecnologias de impregnação de fibra com termoplásticos para uma produção mais industrial e econômica”, explica Maik Titze, responsável pela fabricação de aditivos no Instituto DLR de Estruturas Compostas e Sistemas Adaptativos em Braunschweig. “Isso inclui projetar nossas próprias cabeças de impressão industriais e desenvolver métodos para análise e teste de materiais e processos.” Ele observa que a extrusão aditiva usando fibras contínuas oferece não apenas maior resistência e rigidez, mas também a possibilidade de integrar funções de detecção e elétricas. A extrusão aditiva combina termoplásticos e fibras contínuas para criar estruturas multifuncionais que evitam altos custos com ferramentas, melhoram a eficiência da produção e possibilitam novos designs.

“A manufatura aditiva não substituirá todos os processos convencionais de compósitos”, admite Titze, “mas pode ser combinada com processos como colocação automática de fibra (AFP) ou enrolamento de filamento, por exemplo, para fornecer novas soluções e valor. Por trabalharmos apenas com impressão 3D de fibra contínua, a EmpowerAX é realmente focada, o que nos permitirá atingir um alto nível de resultados. Mas dentro da extrusão aditiva, EmpowerAX é tecnologicamente neutro. Não forçaremos nenhuma tecnologia específica. ”

Plataforma global diversificada

“No momento, é difícil entender qual dessas tecnologias seria adequada para sua aplicação e o que precisa ser feito para adaptá-la ao seu ambiente industrial e aplicações”, continua Titze. “Nosso objetivo é olhar o espectro do que está disponível, incluindo provedores e usuários, e configurar uma plataforma diversificada que abrange setores de mercado, incluindo aeroespacial, automotivo, médico e industrial, por exemplo. Essa plataforma, EmpowerAX, oferece a capacidade de fazer uma avaliação de tecnologia neutra e trabalharemos com a indústria para desenvolver medidas de padronização e qualificação para ajudar a aumentar a facilidade de uso dessa tecnologia. A ideia não é desenvolver uma nova norma com fornecedores e usuários de tecnologia, mas chegar a um acordo sobre como fazer uma avaliação de tecnologia e quais indicadores de desempenho usar ”.

A associação ao EmpowerAX é voluntária e global. Inglês é a língua usada para o trabalho. São mais de 30 membros, atualmente, entre provedores de tecnologia e grandes usuários de tecnologia. “Recebemos fundos internos de até 6 funcionários por ano”, diz Titze. “Eles apoiarão o trabalho necessário para manter esta plataforma global. Nossos membros concordaram em colaborar com base no fato de que não compartilharemos informações com o público, mas apenas com os membros EmpowerAX. A associação atualmente é gratuita, mas atualmente estamos aceitando apenas organizações já envolvidas com extrusão aditiva de fibras contínuas. Depois de maio de 2021, abriremos mais membros. ” O único outro requisito, observa ele, é que “você deve estar disposto a compartilhar informações e contribuir. Você não pode simplesmente pegar. Não há adesão passiva. ”

Estágios de triagem de tecnologia

A ideia, diz Titze, não é apenas transferir tecnologia para indústrias que já usam compósitos, mas também usar o EmpowerAX como um facilitador para ampliar o mercado e as aplicações de compósitos. “Por exemplo”, diz ele, “na indústria médica, quais requisitos especiais devem ser atendidos? O que precisa ser feito para atendê-los? Como você pode garantir a qualidade de que precisa e como isso pode ser alcançado em um ambiente de produção industrial? ”

Para responder a essas perguntas, o EmpowerAX propõe uma abordagem em estágios, conforme mostrado no diagrama acima. “O primeiro estágio é a triagem de tecnologia”, diz Titze. “Se você, como um possível usuário, deseja ver se uma tecnologia funcionará para o seu aplicativo, então examinamos coisas como limitações geométricas, volumes de produção e requisitos de integração de peças / funções, etc. Concordamos com todos os membros em uma lista predefinida de cerca de 15 parâmetros, como resistência e rigidez específicas, e então pré-identificam a adequação das diferentes tecnologias, dependendo do que sua aplicação requer. Portanto, cooperamos com fornecedores de materiais / tecnologia para obter os dados dos parâmetros padrão e avaliá-los com antecedência. Em seguida, trabalhamos com planilhas de dados de fornecedores de materiais / tecnologia para obter os dados dos parâmetros padrão. Assim, por exemplo, de 10 soluções disponíveis, durante este primeiro estágio, você pode selecionar para talvez três e, em seguida, começar a avaliar os dados para compará-los. ”

Avaliar requisitos específicos é o próximo estágio. Por exemplo, se esta aplicação for em trilhos ou interiores de aeronaves, serão necessários parâmetros de desempenho de fogo, fumaça e toxicidade (FST). “Depois disso”, diz Titze, “definiremos se as personalizações são necessárias para fazer com que cada tecnologia funcione para sua aplicação e determinaremos os esforços necessários”.

O objetivo é dar uma quantificação de como as tecnologias finalistas para uma determinada aplicação se medem em termos de viabilidade tecnológica e quanto trabalho / tempo / custo será necessário para transferir a tecnologia para uso industrial. “Depois de passar por esses estágios de avaliação, deve ser fácil para você entender quais etapas são necessárias para tornar cada tecnologia possível para sua aplicação”, explica Titze. “Para os fornecedores de tecnologia, isso leva a uma transferência de tecnologia mais rápida para novos mercados e reduz seus investimentos e esforços. Ele também identifica casos de negócios reais que são adequados para sua tecnologia, onde eles têm pontos fortes. ”

Padronização e qualificação

Outra parte importante da visão EmpowerAX é ajudar a amadurecer as tecnologias de extrusão de aditivos por meio da padronização e qualificação. “Já estudamos quais padrões existem e quais poderiam funcionar para essas tecnologias, por exemplo, dentro de ASTM, ISO e VDI (padrões do governo alemão)”, diz Titze (veja a imagem animada acima). “Então, é olhar para os testes padrão, o que funciona, o que não funciona e quais modificações são necessárias. Este é um trabalho que a maioria das empresas gostaria de evitar porque é tedioso, demorado e caro. É muito melhor para a indústria se todos não replicarem esses esforços. Assim, nosso objetivo é ajudar a alcançar padrões mais rápidos para maior maturidade, mas com um amplo conjunto de entradas de indústria e transparência para indústria."

“Além disso, se você combinar uma tecnologia de extrusão aditiva específica com outras etapas do processo, será necessário integrá-la e implementar padrões de garantia de qualidade”, destaca Titze. “Isso inclui testes não destrutivos (NDT), sensores e software. Já começamos compilando um catálogo de possíveis defeitos e desvios de processo. Como você pode evitá-los e detectá-los? O que você pode fazer para remediar, caso ocorram? Podemos então começar a montar um banco de dados de possíveis opções de END e monitoramento de processo ”.

Linha do tempo para EmpowerAX

“Nosso primeiro objetivo é fornecer uma estrutura para o que está disponível industrialmente hoje”, diz Titze. “Não estamos tentando abrir ainda mais o espectro de sistemas, mas em vez disso, queremos mostrar o que existe e como essas tecnologias podem ser usadas. Acreditamos que algumas melhorias virão apenas por meio de testes e avaliações sistemáticas. Também vemos benefícios em poder exibir o que é possível com as tecnologias atuais. Além disso, ao identificarmos os obstáculos, podemos ter uma discussão de como superá-los, o que proporciona mais melhorias e amadurecimento das tecnologias ”.

“Vemos a extrusão aditiva como um caminho potencialmente mais fácil para empresas que estão começando a usar compósitos em vez de usar processos que envolvem autoclaves ou infusão de resina”, observa Titze. “Também o vemos bem ajustado para resultados mais industriais. EmpowerAX também trata de olhar para aplicações industriais e abordar os obstáculos que têm impedido o uso de compósitos de extrusão aditivos até o momento. Por exemplo, as deficiências atuais incluem repetibilidade e estabilidade do processo. A tecnologia foi lançada no mercado de forma relativamente rápida, portanto, há áreas que ainda não estão em um nível de maturidade para serem amplamente utilizadas. Então, é isso que estamos fazendo. Nosso objetivo é mostrar o que pode ser feito e o que precisa ser feito e, em seguida, trabalhar de forma colaborativa para concluir esse trabalho, avançando tanto as tecnologias quanto os usos finais bem-sucedidos na indústria ”.

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