Welche 3D-Drucker für Verbundwerkstoffe gibt es auf dem Markt?

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 FDM–3D-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-Drucker für Verbundwerkstoffe mit verschiedenen Drucktechnologien ausgewählt, die in der Lage sind, zwei Materialien beim Drucken zu kombinieren.

Anisoprint

Wenn man an schlüsselfertige 3D-Drucklösungen für die Verarbeitung von Endlosfasern denkt, sowohl für den Desktop- als auch für den industriellen Einsatz, kommt einem unweigerlich Anisoprint in den Sinn. Der von Fedor Antonov geleitete und derzeit in Singapur ansässige Hersteller hat sich dem Ziel verschrieben, „eine neue, weltweit gefragte industrielle Fertigungstechnologie für optimierte Strukturen aus Verbundwerkstoffen einzuführen.“ Dazu nutzt Anisoprint seine patentierte Composite Fiber Coextrusion (CFC)-Technologie, bei der Endlosfasern zu einem Basis-Thermoplast hinzugefügt werden, darunter PLA, ABS, PETG und Nylon, um nur einige zu nennen. Bei den Desktop-Lösungen A3 (460 x 297 x 210 mm Bauvolumen) und A4 (287 x 210 x 140 mm Bauvolumen) ist es möglich, mit Verbundwerkstoffen von bis zu 900 MPa zu arbeiten. Der PROM IS 500 ist die Industrielösung des Unternehmens und ist mit Hochtemperaturkunststoffen (bis 410°C) wie PEEK und PEI mit einem Bauvolumen von 600 x 420 x 300 mm kompatibel. Was den Hersteller außerdem auszeichnet, ist die Tatsache, dass die Benutzer die Dichte des Verbundstoffmaterials ändern oder die Richtung der Fasern variieren können, um optimale Teile zu erhalten, was Anisoprint „Anisoprinting“ nennt.

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 das Unternehmen die CF3D®-Lösung geschaffen. Das Verfahren unterscheidet sich ein wenig von den üblichen Prozessen, da es die Extrusion und 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.

Impossible Objects

Das amerikanische Unternehmen Impossible Objects hat CBAM 25 entwickelt, eine 3D-Drucktechnologie, die speziell für Verbundwerkstoffe konzipiert wurde. Diese Innovation ist für die Verarbeitung von Materialien wie Kohlefaser und Glasfaser in Kombination mit Hochleistungspolymeren wie Nylon und PEEK optimiert. CBAM 25 wurde entwickelt, um den anspruchsvollen Anforderungen in industriellen Umgebungen gerecht zu werden, und zielt darauf ab, die additive Fertigung durch hohe Leistung in Bezug auf Geschwindigkeit und Präzision zu verändern. Diese Technologie ist in der Lage, jede Schicht in weniger als vier Sekunden zu drucken, wodurch sie Teile bis zu 15 Mal schneller herstellen kann als konkurrierende Lösungen auf dem Markt.

Markforged

Der Hersteller Markforged verwendet die CFF-Technologie (Continuous filament fabrication), um Endlosfasern Schicht für Schicht zu extrudieren. Zu diesem Zweck bietet Markforged vier Arten von Verstärkungen an: Kohlefaser, Glasfaser, Kevlar und HSHT-Glasfaser. Die Verbundwerkstoffe sind mit mehreren 3D-Druckern von Markforged kompatibel, darunter die Desktop-Serie (Onyx Pro und Mark Two), die industrielle Qualität und Erschwinglichkeit vereint, und die Industrial-Serie (X7, FX10, FX20) für robuste und zuverlässige Teile auch aus großformatigen Hochleistungsmaterialien.

9T Labs

Das 2018 gegründete Unternehmen 9T Labs ist ein Schweizer Hersteller, der sich auf den 3D-Druck von Verbundwerkstoffen spezialisiert hat. Sein Verfahren, die Additive Fusion Technology, ermöglicht es, endlose Kohlenstofffasern automatisiert und kontrolliert in eine Polymermatrix einzubringen. Dies geschieht in der Red Series, die aus der Druckeinheit, dem Build Module, und der Nachbearbeitungsmaschine, dem Fusion Module, besteht. Der 3D-Drucker ist in der Lage, Endlosfasern in der Ausrichtung und den Bahnen zu platzieren, die vom Bediener in der Design- und Vorbereitungsphase der 3D-Datei ausgewählt werden. Dadurch werden das Gewicht und die Kosten des Teils optimiert und eine optimale Festigkeit gewährleistet. Wenn bestimmte Teile des Teils keine Endlosfasern benötigen, füllt der 3D-Drucker sie mit einem herkömmlichen Polymer oder sogar mit einem kurzfaserverstärkten Kunststoff. Die Maschine ist mit mehreren Sensoren ausgestattet, um den gesamten Druckprozess zu überwachen, sowie mit einem Temperaturmanagementsystem, um die Bildung von Feuchtigkeit zu minimieren und eine gute Haftung zwischen den Schichten zu gewährleisten. Wenn man sich schließlich für das Fusion Module interessiert, ermöglicht die Maschine das Formpressen, um die beste Leistung sowohl in Bezug auf die Oberflächengüte als auch auf die Konsolidierung und die Qualität des Teils zu erreichen. Wenn Sie mehr über den Herstellungsprozess von 9T Labs erfahren möchten, können Sie sich das folgende Video ansehen:

Moi Composites

Moi Composites ist eine 2018 gegründete Ausgründung des Politecnico di Milano, die ihre patentierte Technologie Continuous Fiber Manufacturing (CFM) vorstellt. Dabei handelt es sich um ein 3D-Druckverfahren, das, wie der Name schon sagt, kontinuierliche Faserverbundwerkstoffe verwendet. Im Gegensatz zu den anderen Lösungen auf dieser Liste besteht CFM aus einem Druckkopf, der in jede CNC-Maschine mit mehr als vier Achsen integriert werden kann. Der Druckkopf kann mit Verbundwerkstoffen wie Kohlenstofffasern, Aramiden, Glas, biologischen/natürlichen Materialien usw. arbeiten. Darüber hinaus verfügt das Unternehmen über eine maßgeschneiderte Software, die durch intelligente generative Algorithmen sowohl das Design als auch die Produktion optimieren kann. Die Software steuert die Robotermaschinen, überwacht die Druckqualität und berechnet den gesamten Prozess vom CAD-Entwurf bis zum 3D-Druck. Die Anwendungen der CFM-Technologie sind vielfältig. Das Unternehmen empfiehlt seine Lösung für die Herstellung von Produkten, die eine hohe mechanische Leistung, Haltbarkeit und Funktionalität erfordern. Die Sektoren, die am meisten davon profitieren können, sind zum Beispiel Energie, Luft- und Raumfahrt, Bauwesen, Sport und Schifffahrt.

SphereCube

SphereCube ist ein italienisches Unternehmen, das sich auf die Herstellung von Hochleistungs-Komponenten aus Verbundwerkstoffen spezialisiert hat. Das Unternehmen verwendet keine Gussformen und arbeitet daran, die Umweltbelastung zu reduzieren. Seine Technologie, die thermische Laserhärtung, ermöglicht es ihm, dank des Extrusionskopfes und des 5-Achsen-Systems seines 3D-Druckers Hochleistungs-Verbundwerkstoffteile mit Endlosfaserverstärkung und duroplastischer Matrix herzustellen. Der Drucker extrudiert die beiden Materialien in zwei verschiedenen Aggregatzuständen: die Polymermatrix in einem zähflüssigen Zustand und das Verstärkungsmaterial in Form von Endlosfasern. Nach Abschluss der Extrusion wird eine Wärmequelle verwendet, um das Verbundmaterial teilweise oder vollständig auszuhärten. In der Regel wird für die Verfestigung dieser Verbundwerkstoffe eine UV-Quelle verwendet. Die thermische Laserhärtung ermöglicht auch die Verarbeitung verschiedener Arten von duroplastischen Matrizen und die Verwendung beliebiger Endlosfasern zur Verstärkung. Diese können auch natürlichen und pflanzlichen Ursprungs sein, wie Flachs und Hanf. Darüber hinaus hat SphereCube seine eigene Methode zur Aufbereitung der Verstärkungsfasern mit Hilfe einer Bindemaschine patentiert. Dank seiner hervorragenden Arbeit wurde SphereCube als einer der Gewinner der Formnext Startup Challenge 2022 ausgewählt.

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