HyFAM kombiniert 3D-Druck und formative Fertigungsverfahren für 20-mal schnellere Herstellung von komplexen Bauteilen
Denken Sie, es ist möglich, die additive und formative Fertigung in einem einzigen System zu kombinieren? Während viele Maschinen ihren Nutzern dank austauschbarer Werkzeugköpfe eine hybride Produktionsfertigung ermöglichen, kann man hier nicht von einer kombinierten Herstellung sprechen. Ein Forscherteam der Whiting School of Engineering befasste sich hingegen mit einer neuen Methode, die die Qualität der additiven – und Geschwindigkeit der formativen Fertigung miteinander verbindet. Unter dem Namen Hybrid Formative-Additive Manufacturing (HyFAM) bietet sie einen hybriden Ansatz, der sich auf nur ein Extrusionssystem stützt. Mit diesem können komplexe Geometrien in 3D gedruckt werden, die anschließend durch formative Fertigungsverfahren, wie Formen oder Gießen, gefüllt werden. Die Kombination dieser beiden Verfahren ist besonders vorteilhaft: Sie ermöglicht es uns, komplexere Strukturen einer Form in 3D zu drucken. Zur gleichen Zeit können weniger komplexe Bereich durch formative Fertigungsverfahren einfach gefüllt werden.
Der 3D-Druck hadert teilweise mit der Geschwindigkeit des Prozesses, sowie Fehlern bei Füllvorgängen, dem Warping-Phänomen oder auch inneren Hohlräumen. Außerdem bietet die additive Fertigung zwar einen hohen Detailgrad, doch ist dieser nicht immer über das gesamte Bauteil hinweg erforderlich. Teammitglied Nathan Brown erklärt: „Mit der additiven Fertigung lassen sich wichtige Details erzielen, aber wenn man dafür eine kleine Düse verwendet, wird der gesamte Prozess verlangsamt. Das wird bei Teilen mit großen inneren Merkmalen und sehr unterschiedlichen Merkmalsgrößen zu einem echten Hindernis.“ Was die formativen Verfahren betrifft, so ist die Geschwindigkeit zwar gegeben, die geometrische Komplexität jedoch nicht unbedingt. Die Vorteile beider Verfahren zu nutzen, ist daher das Ziel des Teams der Whiting School of Engineering.
Die HyFAM-Methode baut auf den Vorteilen der additiven Fertigung sowie der formativen Fertigung auf
Die Forscher unter der Leitung von Professor Jochen Mueller entwickelten ein Extrusionssystem mit zwei Tanks: Im ersten Tank wird das gewünschte Material wie bei einem FDM-3D-Drucker Schicht für Schicht aufgetragen. Anschließend wird das erstellte Modell mit einem anderen Material gefüllt. Dieser Füllschritt kann für eine, mehrere oder alle Schichten verwendet werden.
Es wurden verschiedene Tests mit unterschiedlichen Materialien durchgeführt. So erklären die Forscher, dass sie mit der Methode sowohl Keramik, Silikon, Ton, aber auch Metalle drucken können. Die HyFAM-Methode ist auch materialübergreifend; die Forscher sind in der Lage, die rheologischen oder fließenden Eigenschaften genau zu steuern. Kurzgesagt umfasst die Forschung eine Methode, komplexe Details eines Bauteils in 3D zu drucken und den Rest des Produktes über Verfahren wie der Materialeinspritzung zu vervollständigen. Der Prozess ist laut dem Team 10-20 Mal schneller und genauer als die einzelnen Fertigungsmethoden – zudem werden alle inneren Hohlräume, die bei der Überlagerung von Schichten entstehen, beseitigt.
HyFAM ist mit zahlreichen Materialien kompatibel
Professor Jochen Mueller fügt hinzu: „HyFAM ist bei sehr komplexen und gleichförmigen Objekten weniger vorteilhaft, aber seine Stärken in Bezug auf Geschwindigkeit, Materialflexibilität und Designkomplexität machen es zu einer vielversprechenden Lösung für eine Vielzahl von Branchen, vom Bauwesen bis hin zur weichen Robotik.“ Das Verfahren wäre besonders interessant für Anwendungen, bei denen eine Massenanpassung erforderlich ist. Aber auch Bauteile, welche unterschiedliche Komplexitätslevel benötigen, könnten mit der Methode einfacher hergestellt werden . Eines ist sicher: HyFam ist vielversprechend und wir werden Sie auf jeden Fall über die neuesten Entwicklungen auf dem Laufenden halten! Mehr Informationen finden Sie HIER.
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*Bildverweise: Johns Hopkins Whiting School of Engineering
