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Welche 3D-Verbunddrucker gibt es auf dem Markt?

Auf 26. Mai 2020 von Sandra S. veröffentlicht
3D-Verbunddrucker

Im Bereich des 3D-Drucks sind die Hersteller zunehmend auf der Suche nach Verbundwerkstoffen, da diese besonders attraktive mechanische Eigenschaften bieten, insbesondere in Bezug auf die Widerstandsfähigkeit: Das betreffende Material, „Matrix“ genannt (meistens ein Thermoplast), besteht aus Fasern – Kohlenstoff, Aramid oder Glas -, die die Festigkeit des Endteils erhöhen, dessen Gesamtgewicht verringern und sogar den Einsatz von Metall ersetzen können. Heutzutage können die meisten FDM3D-Drucker für den Desktop-Bereich Verbundwerkstoffe drucken, insofern die Drucker über eine Düse aus verdichtetem Stahl verfügen. Diese Drucker erlauben es jedoch nicht, die Fasern während des Druckens direkt in das Matrixmaterial einzubringen. Aus diesem Grund haben mehrere Hersteller Lösungen entwickelt, die in der Lage sind, sowohl die Matrix als auch die Fasern zu extrudieren, um noch festere Teile zu erhalten. Wir haben einige 3D-Verbunddrucker mit verschiedenen Drucktechnologien ausgewählt, die in der Lage sind, zwei Materialien beim Drucken zu kombinieren.

Red Series von 9T Labs

Der Schweizer Hersteller 9T Labs hat die sogenannte Red Series-Reihe entwickelt, die das Arbeiten mit hochwertige Verbundwerksstoffen erlaubt. Die Serie besteht aus einem 3D-Drucker, einem Fusionsmodul zur Fusion des Endteils sowie aus der Software-Suite und Materialien wie kohlefaserverstärktem PEKK und PA. Dessen sogenanntes Additive Fusion Technology ermöglicht eine optimale Faseranordnung im Bauteil, um hohe strukturelle und mechanische Eigenschaften zu gewährleisten.

imprimantes 3D composite

Die 3D-Verbunddrucker des Unternehmens Anisoprint

Der russische Hersteller Anisoprint hat eine Reihe von Druckern entwickelt, die in der Lage sind, kontinuierliche Faserverbundwerkstoffe zu drucken: darunter der Composer, eine leichter zugängliche Bürolösung, und der Prom IS 500, der für Industriebetriebe konzipiert wurde. Beide basieren auf der patentierten Composite Fiber Coextrusion (CFC)-Technologie, bei der Endlosfasern zu einem thermoplastischen Grundstoff wie PLA, ABS, PETG, Nylon usw. hinzugefügt werden, um das Bedrucken einer Vielzahl von Materialien zu erleichtern. Der Anwender kann die Dichte des Komposit-Füllstoffs modifizieren oder die Richtung der Fasern variieren, um optimale Teile zu erhalten. Anisoprint Composer ist in zwei Formaten erhältlich – A3 mit einem Druckvolumen von 420 mm х 297 mm х 210 mm und A4 mit einem Druckvolumen von 297 mm х 210 mm х 140 mm. Er kann Kohlefaser, aber auch Balsat bedrucken sowie Prom IS 500, das Stücke von 600 mm x 420 mm x 300 mm erzeugen kann.

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Arevo und dessen 6-achsiger Druckroboter

Einige Unternehmen, haben einen Ansatz entwickelt, bei dem der 3D-Verbunddruck mit Robotik kombiniert wird, um eine möglichst hohe Flexibilität zu schaffen, was die Größe der zu druckenden Teile betrifft. Ein Beispiel hierfür ist das Unternehmen Arevo, das bei dessen Arevo Aqua 3D auf eine laserbasierte Methode für den Druck mit Carbonfasern zurückgreift. Hierbei wird die Carbonfaser erhitzt und in Schichten geschnitten und anschließend aufgetragen. Der Verbunddruck mit Carbonfaser zeichnet sich besonders durch dessen hohe Strapazierfähigkeit aus, die mit einem geringen Gewicht gepaart wird. Bekannt wurde das Start-Up Arevo durch den Druck eines Unibody-Rahmens gemeinsam mit dem Fahrradhersteller Franco Bicycles.

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Der Großformat 3D-Verbundwerkdrucker von  CEAD

Der Hersteller CEAD begann bereits 2017 mit der Entwicklung seiner 3D-Verbunddrucktechnologie. Heute ist es als Continuous Fibre Additive Manufacturing (CFAM) bekannt und ermöglicht die Herstellung von endlosfaserverstärkten Teilen in großem Maßstab. Die Hauptlösung des Unternehmens ist CFAM Prime, das auf die Herstellung großer Teile in einem einzigen Arbeitsgang ausgerichtet ist. Der patentierte Druckkopf kombiniert Endlosfasern mit geschmolzenem Thermoplast, um den Teilen eine höhere Festigkeit zu verleihen. Die Firma CEAD bestätigt, dass praktisch alle verschiedenen thermoplastischen Materialien verwendet werden können, kombiniert mit kurzen Endlosglas- oder Kohlenstofffasern. CFAM Prime hat ein Bauvolumen von 4 m x 2 m x 1,5 m, bietet eine vollständig geschlossene Umgebung und kann eine durchschnittliche Produktion von 15 kg pro Stunde erreichen.

Der 3D-Verbunddrucker der Marke Continuous Composites

Continuous Composites wurde 2015 gegründet und ist ein Unternehmen, das die Entwicklung innovativer Technologien für die Industrie fördert. Um einige der Probleme mit langsamen Geschwindigkeiten, Materialien mit geringer Festigkeit und kleinen Produktionsvolumen zu lösen, hat sie die CF3D®-Lösung geschaffen. Es unterscheidet sich ein wenig von den oben genannten Verfahren, da es sowohl die Extrusion als auch die Stereolithographie vermischt. Tatsächlich beginnt dieser automatisierte Herstellungsprozess mit der Ablage einer kontinuierlichen trockenen Faser, die dann durch einen weiteren Extruder mit einem schnell härtenden Harz imprägniert wird. Das Harz wird dann mit einem Laser ausgehärtet. Diese Methode macht Formen, Öfen und Druckkammern überflüssig, was zu einer hohen Materialausbeute bei geringeren Kosten führt. Die CF3D®-Technologie ermöglicht es, Struktur- und Funktionsfasern in einem einzigen Schritt zu drucken.

Die Lösung von Desktop Metal

Der Hersteller Desktop Metal ist für seine 3D-Metalldrucklösungen bekannt geworden, die leichter zugänglich sind als herkömmliche Maschinen. Mit der Einführung des Fiber-Druckers ist das Unternehmen vor kurzem in den 3D-Kompostdruckmarkt eingetreten. Diese Maschine basiert auf der AFP (Automated Fiber Placement)-Technologie, um eine automatisierte Faserplatzierung zu ermöglichen – sie stützt sich auch auf den Schmelzablagerungsprozess. Der Hauptvorteil der von Fiber angewandten Methode ist die Herstellung von Teilen, die doppelt so stark wie Stahl und fünfmal leichter sind, sowie die Senkung der Produktionskosten. Zu den Materialien, die mit dieser Technologie kompatibel sind, gehören Hochleistungsthermoplaste wie Nylon (PA6) oder PEEK und PEKK.

Industrielle 3D-Verbundwerkdrucker des Unternehmens EnvisionTec

Das 2002 gegründete Unternehmen EnvisionTec produziert und verkauft 3D-Drucker und eigene Materialien. Das Unternehmen verkauft mehr als 40 3D-Drucker, die auf sechs verschiedenen Technologien basieren. Im Bereich der Verbundwerkstoffe brachte EnvisionTec 2016 die Lösung SLCOM 1 auf den Markt. Basierend auf der Selective Lamination Composite Object Manufacturing (SLCOM)-Technologie stellt es Prepreg-Gewebe aus Faserverbundwerkstoffen her. Das Laminierungsverfahren basiert auf dünnschichtigen Materialien, die mit Klebstoff beschichtet und dann Schicht für Schicht miteinander verbunden werden. Das Unternehmen bietet eine breite Palette von Materialien und Fasern für den Druck an, wie z.B. PEEK, PEI, PP, PE (verstärkt mit Kohlenstoff-, Glas-, Aramid- usw. Fasern). Die SLCOM 1 hat ein Bauvolumen von 762 x 610 x 610 mm und kann bis zu 51 cm pro Sekunde (bei Lineargeschwindigkeit) drucken.

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Impossible Objects

Das amerikanische Unternehmen Impossible Objects hat eine Technologie für 3D-Verbunddrucker namens CBAM (Composite-based additive manufacturing) entwickelt, die speziell für Verbundwerkstoffe wie Kohlefaser und Glasfaser in Kombination mit Nylon und PEEK ausgelegt ist. Es basiert auf Hochgeschwindigkeits-Tintenstrahldruckverfahren. Mit anderen Worten: Bahnen aus langen Kohlenstoff- oder Glasfasergeweben werden automatisch mit thermoplastischen Pulvern kombiniert, um 3D-Verbundteile herzustellen. Ihr Industriesystem CBAM-2 macht sich diese Technologie zunutze, um aus langen Fasern starke und leichte Teile herzustellen.

MakerBot Carbon Fiber Editions

Der 2009 gegründete US-amerikanische Hardware-Hersteller MakerBot gilt als eines der führenden Unternehmen im Bereich des 3D-Drucks. Mit dessen neustem Drucker, dem METHOD Carbon Fiber Edition stellt das Unternehmen eine Erweiterung der METHOD-Reihe vor und reiht sich damit in die Hersteller der Verbundwerkdrucker ein. Mit dem neusten Drucker kann kohlenstoffaserverstärktes Nylon gedruckt werden, das sich besonders durch dessen geringes Gewicht und die Strapazierfähigkeit auszeichnet. Kompatibel ist der Drucker neben Nylon auch mit ABS, ASA und PETG. Preislich soll der Drucker je nach Spezifikationen ab 5000 Euro erhältlich sein.

3D-Verbunddrucker des Unternehmens Markforged

Der Hersteller Markforged ist sicherlich einer der ersten, der 3D-Verbunddrucklösungen entwickelt hat. Die Technologie der Endlosfilament-Fertigung (CFF) ermöglicht es, die faserverstärkte Matrix Schicht für Schicht zu extrudieren. Markforged bietet derzeit 4 Arten von Verstärkungen an, nämlich Kohlefaser, Glasfaser, Kevlar und HSHT-Glasfaser. Verbundwerkstoffe sind mit mehreren 3D-Druckern von Markforged kompatibel, darunter die Desktop-Serie (Onyx One, Onyx Pro und Mark Two), die industrielle Qualität und Erschwinglichkeit kombinieren, und die Industrial-Serie (X3, X5 und X7), die hohe Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Replikation bieten.

Die 3D-Verbunddrucker Roboze

Das 2013 in Bari gegründete Unternehmen Roboze stellt industrielle FDM-Drucker her, die besonders in der Automobil-,  Luft-und Raumfahrt,- und Motorsportbranche Anwendung finden. Die Argo-Serie verspricht mit dem Argo 350 und Argo 500 den 3D-Verbunddruck vom Prototyping bin hin zu großen Endverbraucherteilen. Die Drucker verfügen über eine Heizkammer, die bis zu 180 Grad heiß werden und somit Schrumpfungen verhindern soll. Außerdem ist die Kammer vorheizbar, wodurch eine Zeitersparnis beim Druckprozess selbst entstehen soll. Der bis zu 45o Grad heiße Extruder unterstützet die Verwendung von den unterschiedlichsten technischen Polymeren, wie Carbon PEEK, PEEK, Carbon PA und ULTEM AM9085F.

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