Impressão 3D de fibra contínua na área de trabalho

Novo sistema de impressão 3D de fibra contínua para desktop da Desktop Metal Fonte | Metal de mesa

Desktop Metal (Burlington, Mass., EUA), uma empresa especializada em impressão 3D de metal para desenvolvimento de produtos e produção em massa, anunciou que expandirá sua tecnologia para incluir a comunidade de compósitos. A Desktop Metal foi fundada em 2015 com a missão de “tornar a impressão 3D acessível a todos os engenheiros, designers e fabricantes” e, desde então, a empresa trouxe duas tecnologias de impressão 3D para o mercado - seu Studio System de impressão 3D de metal amigável e seu alto -volume Production System metal 3D printer, que é capaz de imprimir velocidades de até 12.000 cm ³ / hr. Agora, a empresa está revelando o que diz ser a primeira impressora de mesa de fibra contínua verdadeira do mundo.

“Agora estamos expandindo nossa oferta para trazer impressão 3D de fibra contínua para a área de trabalho de cada engenheiro e designer”, disse Ric Fulop, CEO e fundador da Desktop Metal.

Avanços recentes na manufatura aditiva têm visto seu uso se tornar cada vez mais difundido para prototipagem, bem como para gabaritos, acessórios e ferramentas. A Desktop Metal prevê que a tecnologia terá um crescimento de 10 a 50 vezes maior na próxima década como um meio para a fabricação de peças de uso final. A empresa reconheceu uma oportunidade no mercado de levar a impressão 3D para uma área carente - a automação da fabricação de pequenas peças compostas. Dando início à sua entrada no setor de compósitos, a Desktop Metal adquiriu recentemente a Make Composites Inc. (Boston, Massachusetts, EUA), uma empresa iniciante fundada por Konstantine Fetfatsidis. Fetfatsidis foi recentemente nomeada Jovem Profissional do Ano 2019 SAMPE e atuou anteriormente como líder de P&D de fabricação avançada na Aurora Flight Sciences (Manassas, Virgínia, EUA), uma empresa Boeing.

Fetfatsidis, agora vice-presidente de produtos de compósitos para Desktop Metal, explica sua inspiração para iniciar o Make. “Com base na minha experiência em P&D de compósitos e também no desenvolvimento de negócios de aeroestruturas lidando com clientes, pude ver e trabalhar com o que era acessível e as várias tecnologias de manufatura disponíveis e, francamente, fiquei um pouco frustrado com o layup manual ainda ser de ponta -a arte, principalmente para as peças menores ”, afirma.

Ele argumenta que para peças pequenas - menos de 20 libras - os fabricantes ainda confiam principalmente na configuração manual. Esses processos de mão de obra intensiva exigem técnicos, ferramentas caras e muito tempo, o que aumenta o custo geral de fabricação de uma peça.

“Ao longo da minha carreira, houve tantas aplicações em que adoraríamos usar fibra de carbono - especialmente na Aurora enquanto trabalhamos nos conceitos eVTOL - por suas propriedades leves, rigidez e resistência, mas os custos simplesmente não somavam, ”Diz Fetfatsidis. “Pensei comigo mesmo, deve haver uma maneira melhor de automatizar, consolidar o número de etapas do processo envolvidas na fabricação tradicional, reduzir o ferramental e reduzir os prazos de entrega - todos os custos associados a isso.”

Embora tenham sido feitas tentativas para automatizar a fabricação de pequenas peças compostas, as propriedades raramente alcançam a qualidade que os usuários industriais estão acostumados com o layup manual, e certamente não em um processo de desktop. Na maioria das impressões 3D compostas hoje, as resinas muitas vezes não são as mesmas usadas nos processos tradicionais, e muitas impressoras usam materiais proprietários que não oferecem o mesmo alto desempenho que os materiais qualificados, levando à não uniformidade e variabilidade na qualidade. As peças resultantes normalmente têm menor teor de volume de fibra e maior porosidade do que as peças fabricadas manualmente.

“Realmente não houve uma solução ponta a ponta para fazer isso em um nível de desktop com os materiais que as pessoas estão acostumadas a usar, até agora”, diz Fulop. “Estamos combinando os benefícios da impressão 3D com materiais de fibra contínua qualificados para aplicações de alto desempenho.”

Fixação CNC: Ao imprimir em 3D este acessório CNC como um composto de fibra contínua no sistema de fibra, a peça pode ser tornada extremamente rígida, permitindo que os barris de bloqueio sejam mantidos firmemente no lugar enquanto as operações de usinagem são realizadas. A fita de fibra de carbono pode ser colocada seletivamente para adicionar rigidez nas seções do acessório que experimentam o carregamento mais alto. Os acessórios de usinagem frequentemente precisam suportar temperaturas extremas e o uso de PEEK reforçado com fibra de carbono garante estabilidade em altas temperaturas. Com a impressão 3D no novo sistema de fibra, os engenheiros da oficina serão capazes de usar um projeto de fixação otimizado que, de outra forma, consumiria muito tempo e seria caro para usinar. Fonte | Metal de mesa

Baseado em fitas

A nova impressora de desktop da Desktop Metal adota a tecnologia de colocação automática de fibra (AFP) para produzir peças compostas termoplásticas reforçadas com fibra de alta qualidade. A tecnologia aproveita as mesmas linhas de fabricação que fazem fitas comerciais pré-impregnadas, aproveitando assim uma cadeia de suprimentos existente e aproveitando o crescimento que já está acontecendo no mercado de fitas unidirecionais (UD). Em essência, a tecnologia pega o AFP e o reduz para uma impressora de mesa. Na verdade, a empresa derivou o nome do projeto original de Micro AFP Kinematic Extrusion system (Make).

A impressora, que a empresa está chamando de Fibra, foi projetada como um sistema modular de troca de ferramentas para uso em um escritório ou ambiente de produção e é capaz de fornecer gabaritos de manufatura de nível industrial, mandíbulas, ferramentas e acessórios, bem como uso final partes. O operador pode usar um cabeçote Micro AFP para distribuir o material e, em seguida, estacioná-lo e mudar para um cabeçote de fabricação de filamento fundido (FFF) conforme necessário.

“Pela primeira vez, as impressoras de fibra combinam as propriedades do material de materiais de fibra contínua AFP de alto desempenho com o preço acessível e a velocidade de uma impressora 3D de mesa”, afirma Fulop.

A tecnologia usa as mesmas fitas UD qualificadas para aplicativos de alto desempenho. Embora a impressora seja capaz de processar fitas UD com uma ampla variedade de sistemas de fibra e matriz termoplástica, os materiais disponíveis inicialmente para o sistema incluirão poliamida 6 (PA6) com fibra de carbono e reforços de fibra de vidro, bem como polieteretercetona (PEEK) e poliétercetoncetona (PEKK) com reforço de fibra de carbono. As fitas, oferecidas em um formato de 3 milímetros de largura, normalmente apresentam fibras de reboque de 12K e são enroladas em bobinas exclusivas. Uma única estopa de 3 milímetros de largura é alimentada através da cabeça até que desça para a região de contato, onde um aquecedor sem contato obtém a temperatura do termoplástico acima de sua temperatura de fusão e um rolo de compactação aplica pressão para consolidação da entrada fita para o substrato abaixo. Um cortador no cabeçote corta a fita no final de cada passagem. De acordo com a Fetfatsidis, as fitas oferecem uma solução de qualidade superior, mas mais de 10 vezes mais barata por litro do que um carretel de filamento de reboque 1K usado em algumas impressoras 3D baseadas em extrusão que usam fibra contínua. Além disso, a maior qualidade das fitas, juntamente com a capacidade de adicionar pressão para a peça através do processo AFP se traduz em maior resistência.

“Temos fitas de altíssima qualidade que são usadas em processos AFP / ATL com carga de volume de fibra muito alta - 60% de fibra de carbono - e colocamos isso junto com a matriz de alta temperatura PEEK ou PEKK”, diz Fetfatsidis.

Montagem da câmera. O sistema de fibra permite que peças, como este suporte para câmera, sejam mais rígidas e leves do que se impressas com outros materiais. O tempo de impressão rápido e os baixos custos de material permitem que o designer faça uma iteração rápida no design para obter uma peça ideal. Fonte | Metal de mesa

As peças criadas com o sistema Fiber são consideradas mais fortes que o aço, mais leves que o alumínio e podem ser impressas na mesa. A fibra tem um volume de construção de 320 por 240 por 270 milímetros (12,6 por 9,4 por 10,6 polegadas). Os benefícios incluem reforço contínuo da fibra em toda a parte e muito pouca porosidade. A Fetfatsidis diz que as peças criadas com fitas PA6 podem ter menos de 5% de porosidade e as fitas PEEK / PEKK podem produzir peças com menos de 1% de porosidade. O operador tem a capacidade de dirigir reboques para obter formas complexas ou condições de carga particulares. E como as resinas são termoplásticas, a necessidade de cura em autoclave é eliminada, bem como a necessidade de estocagem do material em freezer.

“Este é o primeiro produto no campo da impressão 3D que combina fibra de carbono contínua com PEEK e PEKK em um desktop”, disse Fulop.

Suporte de carga para proteção. Suportes de carga de proteção são usados ​​para localizar componentes moldados por injeção de metal (MIM) para que um efetor final robótico possa pegar uma peça antes de as dimensões críticas serem usinadas. Este acessório sofre um desgaste considerável, uma vez que é constantemente acionado para dentro e para fora do acessório. A impressão 3D do suporte de carga de cobertura no sistema de fibra permite que os engenheiros da oficina reduzam o tempo de espera para produzir o acessório de semanas para horas - enquanto reduz o custo de fabricação em 95%. Fonte | Metal de mesa

Acessível para todos

Embora a solução da Desktop Metal tenha vários benefícios, incluindo a capacidade de criar peças de uso final e o uso de termoplásticos, indiscutivelmente um dos aspectos mais interessantes do sistema de fibra é sua acessibilidade. A maioria dos sistemas que usam fitas termoplásticas de fibra contínua para a fabricação automatizada de peças compostas são sistemas de milhões de dólares. O sistema de fibra do Desktop Metal está disponível em dois modelos por meio de um serviço de assinatura. O Fiber HT é projetado para produzir peças com compostos contínuos com porosidade <1% e até 60% de carregamento contínuo de fibra com matriz avançada, incluindo PEEK e PEKK. Ele pode fazer peças retardantes de chama UL 94-V0 para suportar altas temperaturas de até 250 ° C, além de peças em conformidade com ESD. O modelo Fiber HT começa com um preço inicial de US $ 5.495 por ano. Enquanto isso, a Fiber LT começa com $ 3.495 por ano, oferecendo uma maneira acessível de produzir peças não estragadas e compatíveis com ESD de alta resistência usando fibra contínua com porosidade <5% com termoplásticos PA6.

Efetora ESD final. Os efetores finais são usados ​​durante o processo de fabricação de placas de circuito impresso (PCB). Esta parte foi feita com a descarga eletrostática (ESD) do sistema de fibra - PA6 reforçada com fibra de carbono segura, para ajudar a proteger os PCBs de descargas eletrostáticas prejudiciais ao longo do processo de montagem. Impresso como um composto de fibra de carbono contínuo, os efetores finais são extremamente rígidos, leves e capazes de suportar a carga do processo de montagem do PCB. Fonte | Metal de mesa

“Queremos que as pessoas possam comprar o sistema, colocá-lo em seu desktop em casa ou no escritório e fazer peças PEEK com fibra contínua”, diz Fetfatsidis.

“Por alguns milhares de dólares, você pode começar a fazer peças compostas com alto desempenho feitas com a mesma tecnologia de fita que agora é usada em peças fabricadas com AFP de última geração”, acrescenta Fulop.

Como o papel da impressão 3D na manufatura continua a crescer, designers e engenheiros precisam de soluções que possibilitem o acesso a uma ampla variedade de materiais. O sistema de fibra é um grande passo para colocar materiais compostos de alto desempenho ao alcance de qualquer pessoa que queira aproveitar as vantagens da leveza, resistência e rigidez que os compostos oferecem. A Desktop Metal apresentará seu sistema de impressão 3D desktop de fibra contínua de fibra na exibição e conferência de manufatura aditiva Formnext 2019, de 19 a 22 de novembro em Frankfurt, Alemanha.