{"id":38053,"date":"2022-06-13T00:01:30","date_gmt":"2022-06-12T22:01:30","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=38053"},"modified":"2022-06-13T09:39:47","modified_gmt":"2022-06-13T07:39:47","slug":"innovativerer-materialien-und-nachhaltigkeit-bei-am-130620221","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/innovativerer-materialien-und-nachhaltigkeit-bei-am-130620221\/","title":{"rendered":"Carbon: Entwicklung innovativer Materialien und die Bedeutung der Nachhaltigkeit bei AM"},"content":{"rendered":"

Als Carbon<\/a> im Jahr 2013 gegr\u00fcndet wurde, setzte man alles daran, die Produktentwicklung und -herstellung mit seinem ultraschnellen Photopolymerisationsdruckverfahren<\/a> Digital Light SynthesisTM (DLS) radikal zu ver\u00e4ndern. Seitdem hat das Unternehmen immer wieder f\u00fcr Furore gesorgt: Unternehmen wie adidas<\/a>, Ford Motor Company<\/a>, Becton Dickinson Company und andere nutzen die Carbon DLS\u2122-Plattform, um bessere Produkte in k\u00fcrzerer Zeit zu liefern. Das Unternehmen hat nicht vor, dabei stehen zu bleiben. Neben der kontinuierlichen Verbesserung seiner Technologie konzentriert sich das Unternehmen auf die Entwicklung innovativer Materialien und darauf, die Branche insgesamt nachhaltiger zu machen. Wir haben uns mit Jason Rolland, Senior Vice President of Materials bei Carbon, zusammengesetzt, um mehr \u00fcber die Funktionsweise der Technologie, die Materialien und nat\u00fcrlich \u00fcber die Bem\u00fchungen des Unternehmens um eine umweltfreundlichere Welt zu erfahren.<\/p>\n

3DN: K\u00f6nnen Sie sich bitte einmal vorstellen?<\/h3>\n

Mein Name ist Jason Rolland, ich leite das Materialteam bei Carbon und bin seit \u00fcber acht Jahren im Unternehmen. Ich bin schon sehr fr\u00fch eingestiegen, ich war Mitarbeiter Nummer 8, und jetzt haben wir \u00fcber 500 Mitarbeiter. Es macht also Spa\u00df, das Unternehmen wachsen zu sehen und all die gro\u00dfartigen Dinge zu beobachten, die seither entstanden sind. Mein Hintergrund ist die Polymerchemie, ich habe an der Virginia Tech studiert und an der University of North Carolina Chapel Hill promoviert. Dort habe ich Joseph DeSimone kennengelernt, der mein Doktorvater war und mich sp\u00e4ter zu Carbon gebracht hat. Joe ist einer der Mitbegr\u00fcnder von Carbon. Er hat mich schon fr\u00fch mit der Technologie vertraut gemacht und mich rekrutiert, um das Materialteam und die Plattform aufzubauen. Davor war ich ganz neu im 3D-Druck und es war sehr aufregend, die neue Technologie und das Potenzial zu sehen, das sich daraus ergeben k\u00f6nnte.<\/p>\n

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Jason Rolland, SVP of Materials bei Carbon<\/p><\/div>\n

3DN: K\u00f6nnen Sie uns mehr \u00fcber Carbon und Ihre DLS-Technologie erz\u00e4hlen?<\/h3>\n

Seit den Anf\u00e4ngen von Carbon haben wir uns darauf konzentriert, den 3D-Druck im gro\u00dfen Ma\u00dfstab in die Produktion zu bringen. Dazu mussten wir zwei wichtige Probleme beseitigen: Druckgeschwindigkeit und Materialleistung. 3D-Drucker k\u00f6nnen unabh\u00e4ngig von der verwendeten Technologie recht langsam sein, was sich auf die Kosten pro Teil auswirkt, da man nicht in gro\u00dfen Mengen produzieren kann. Um dieses Problem zu l\u00f6sen, haben wir die Digital Light SynthesisTM (DLS)-Technologie entwickelt. Damit konnten wir die Adh\u00e4sionskr\u00e4fte des Bauteils an der Unterseite der Kassette erheblich reduzieren und folglich die Druckgeschwindigkeit stark erh\u00f6hen.<\/p>

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Um Ihnen eine bessere Vorstellung zu vermitteln: Wenn Sie sich eine unserer Maschinen ansehen, haben wir eine Bauplattform, die \u00e4hnlich aufgebaut ist wie eine Bottom-up-DLP-Maschine (Digital Light Processing). Wir haben eine Kassette, in der das Harz aufbewahrt wird, und am unteren Ende befindet sich ein spezielles Fenster, unter dem sich das digitale Projektionssystem befindet. Die wichtigste Innovation war, dass wir die Bedeutung von Sauerstoff erkannt haben. Die Durchl\u00e4ssigkeit von Sauerstoff durch den Boden der Kassette kann zu einer d\u00fcnnen Schicht ungeh\u00e4rteten Harzes f\u00fchren, die w\u00e4hrend des gesamten Druckvorgangs konstant vorhanden ist, was die Adh\u00e4sionskr\u00e4fte erheblich verringert und die Druckgeschwindigkeit erh\u00f6ht.<\/p>\n

Durch die Verwendung dieses sauerstoffdurchl\u00e4ssigen Materials an der Basis der Kassette k\u00f6nnen Sie sicherstellen, dass die Polymerisation genau an dieser Schnittstelle stattfindet und direkt dar\u00fcber aush\u00e4rtet. Auf diese Weise entsteht eine d\u00fcnne Fl\u00fcssigkeitsschicht, die die Adh\u00e4sionskr\u00e4fte verringert und den Druck erheblich beschleunigt. Bei bestimmten Geometrien k\u00f6nnen wir jetzt 10-mal schneller drucken als herk\u00f6mmliche 3D-Drucker. Von da an haben wir angefangen, uns Gedanken \u00fcber die Materialentwicklung zu machen.<\/p>\n

\"Carbon\"

Die j\u00fcngste Einf\u00fchrung von Carbon waren die Drucker der M-Serie, der M3 und der M3 Max.<\/p><\/div>\n

3DN: Was k\u00f6nnen Sie uns dar\u00fcber hinaus \u00fcber die Materialentwicklung bei Carbon erz\u00e4hlen?<\/h3>\n

Wir haben erkannt, dass wir Materialien ben\u00f6tigen, die mit den Materialien f\u00fcr Spritzgussverfahren oder Schaumstoffe vergleichbar sind, damit unsere Kunden Anwendungen in die Produktion bringen k\u00f6nnen. Das war ein wirklich schwieriges Problem, weil wir einen Drucker haben, der auf UV-h\u00e4rtender Chemie und der Musterung von UV-Licht basiert, und es gibt nur bestimmte Chemikalien, die mit der UV-h\u00e4rtbaren Chemie kompatibel sind. Man braucht bestimmte Funktionalit\u00e4ten an den Enden der Polymerketten. Wir sahen dies als eine ziemliche Einschr\u00e4nkung in Bezug auf die Eigenschaften und Formulierungen, die wir herstellen konnten. Um dieses Problem zu l\u00f6sen, haben wir dualh\u00e4rtende Materialsysteme entwickelt, die wir anschlie\u00dfend patentiert haben. Das bedeutet, dass wir nicht nur eine UV-h\u00e4rtbare Chemie verwenden, sondern eine Kombination aus UV-h\u00e4rtbarer Chemie und thermisch h\u00e4rtbarer Chemie.<\/p>\n

Was m\u00f6chte ich damit sagen? Bei thermisch h\u00e4rtbaren Chemikalien gibt es zwei reaktive Komponenten (Teil A und Teil B), z. B. bei Epoxidharz oder Silikonharz. Und es gibt eine ganze Reihe von thermisch h\u00e4rtenden Chemikalien, darunter Polyurethane, Epoxidharze, Hochtemperatur-Duroplaste, all diese Dinge, die nicht UV-reaktiv sind. Wir haben damit begonnen, die zweiteilige thermisch h\u00e4rtende Chemie mit der UV-h\u00e4rtenden Chemie zu kombinieren und Harze mit einem Teil A und einem Teil B herzustellen, die kurz vor dem Eintritt in den Drucker gemischt werden. Der Drucker aktiviert die UV-Strahlung, so dass Sie die Form des zu fertigenden Teils bestimmen k\u00f6nnen, und schlie\u00dft dann die thermische Chemie in einem nicht reagierten Zustand in das Teil ein. Am Ende haben Sie ein Teil im gr\u00fcnen Zustand, das dann gewaschen oder geschleudert wird, um Harzreste zu entfernen, bevor es zum Einbrennvorgang kommt. In diesem Einbrennschritt aktivieren wir eine separate thermische Chemie, die nun im UV-Netzwerk gefangen ist. Jetzt haben beide Komponenten reagiert und Sie haben Ihr fertiges Teil. Das hat die Palette der verf\u00fcgbaren Materialien wirklich erweitert und erm\u00f6glicht eine kosteng\u00fcnstigere additive Fertigung in einer Fabrikumgebung mit Hochleistungsmaterialien. Um es klar zu sagen: Das ist etwas ganz anderes als die UV-Fluth\u00e4rtung, die ein \u00fcblicher Endbearbeitungsschritt f\u00fcr UV-h\u00e4rtbare Einkomponenten-Chemie ist. Hier wird lediglich die urspr\u00fcngliche UV-Reaktion weiter polymerisiert.<\/p>\n

3DN: Welche Bedeutung hat das Thema Nachhaltigkeit f\u00fcr Carbon? Wie arbeiten Sie daran, diesen Punkt abzudecken?<\/h3>\n

Nachhaltigkeit ist f\u00fcr uns bei Carbon ein wirklich wichtiges Thema, und wir haben mehrere Schl\u00fcsselbereiche identifiziert, in denen wir Fortschritte machen k\u00f6nnen. Der erste betrifft das allgemeine Problem der Erzeugung gef\u00e4hrlicher Abf\u00e4lle. Dies ist besonders wichtig im Bereich der Fl\u00fcssigharzdrucktechnologie.<\/p>\n

Der Standardansatz ist, dass man das Teil druckt, das mit Harz betropft ist, man hat eine Art Tank mit einem L\u00f6sungsmittel wie Isopropylalkohol, man taucht es hinein, w\u00e4scht es ab und hat dann ein sauberes Teil. Allerdings hat man dann ein L\u00f6sungsmittel mit darin gel\u00f6stem Harz, und das muss alles als gef\u00e4hrlicher Abfall behandelt werden. Das mag bei kleinen Mengen in Ordnung sein, wenn man nur Prototypen herstellt, aber wenn man in die Produktion einsteigt, hat man ein gro\u00dfes Problem vor sich. Und das ist nicht nur ein Problem der Nachhaltigkeit, sondern auch ein wirtschaftliches, denn man verschwendet Harz und erzeugt Sonderm\u00fcll, und das alles kostet nat\u00fcrlich Geld.<\/p>\n

\"carbon\"

Carbon’s Spinning Post-Processing hat dazu beigetragen, giftige Abf\u00e4lle bei der Herstellung von Zwischensohlen f\u00fcr adidas zu reduzieren<\/p><\/div>\n

Stattdessen haben wir eine Schleuderreinigungstechnologie entwickelt, die v\u00f6llig l\u00f6sungsmittelfrei ist. Das Ergebnis beinhaltet sehr saubere Teile mit einer sehr d\u00fcnnen Schicht von Harz, die bei der Nachh\u00e4rtung beseitigt werden. Diese Art der Schleudertechnik wird in der Gro\u00dfserienproduktion eingesetzt, z. B. bei Tiefziehmodellen f\u00fcr Zahnersatz, adidas-Zwischensohlen und anderen Gittergeometrien. F\u00fcr unsere gro\u00dfvolumigen Anwendungen gehen wir davon aus, dass mit dieser Spinnreinigungstechnologie bis 2022 insgesamt Tausende von Tonnen gef\u00e4hrlicher Abf\u00e4lle vermieden werden k\u00f6nnen. Wenn Wirtschafts- und Nachhaltigkeitsinitiativen aufeinander abgestimmt sind, ist es ein Leichtes, Fortschritte zu erzielen. Denn es ist eine einzige L\u00f6sung, die beide Probleme angeht.<\/p>\n

Dar\u00fcber hinaus verwenden wir f\u00fcr einige unserer Harze Rohstoffe aus biologischen oder pflanzlichen Quellen. Es gibt im Wesentlichen zwei Hauptquellen f\u00fcr alle Rohstoffe, aus denen alle Chemikalien der Welt hergestellt werden. Die eine ist Erd\u00f6l. Alle Kunststoffe, an die man generell denkt, sind Nebenprodukte der Erd\u00f6lraffination, die dann in die Bausteine f\u00fcr Polymere umgewandelt werden. Aber man kann auch die Natur als Fabrik nutzen, um die gleichen Bausteine herzustellen. Und es gibt einen gro\u00dfen Trend in der chemischen Industrie, mehr nachhaltige und erneuerbare Ressourcen in Form von Pflanzen zu finden, um Bausteine f\u00fcr Polymersysteme herzustellen. Einer unserer Schwerpunktbereiche sind Polyurethane, und unsere Partner haben Polymere entwickelt, die Teil der gesamten Polyurethankette sind und aus Mais gewonnen werden.<\/p>\n

In diesem Sinne haben wir ein neues Harz namens EPU44 entwickelt. Das Material besteht zu 40 Gewichtsprozent aus pflanzlichen Rohstoffen (was zu einer geringeren CO2-Bilanz f\u00fchrt). Es ist hochleistungsf\u00e4hig und hat eine niedrigere Viskosit\u00e4t, was f\u00fcr den Druck besser ist. Tats\u00e4chlich wird es von adidas bereits in gro\u00dfen Mengen f\u00fcr Zwischensohlen verwendet. Wir haben auch ein steifes Material namens RPU130, das zu 25 Gewichtsprozent aus pflanzlichem Material besteht und ein sehr leistungsf\u00e4higes Material mit hoher thermischer Stabilit\u00e4t und Schlagfestigkeit ist. Diese Produkte zeigen, dass es m\u00f6glich ist, nachhaltige Materialien zu verwenden, ohne Abstriche bei der Leistung zu machen. In diesen F\u00e4llen konnten wir sogar einen Leistungsvorteil bei der Verwendung nachhaltigerer Rohstoffe feststellen.<\/p>\n

Au\u00dferdem haben wir, wie viele Unternehmen der additiven Fertigung, Leichtbau und Materialreduzierung als einen entscheidenden Punkt f\u00fcr die Nachhaltigkeit erkannt. Um dies zu erreichen, haben wir ein neues, eigenst\u00e4ndiges Softwareprodukt namens Design Engine entwickelt. Damit k\u00f6nnen Sie ein solides CAD-Modell eingeben, die Einstellungen f\u00fcr die gew\u00fcnschten Eigenschaften anpassen und ein Gittermodell generieren, das diesen Anforderungen entspricht und weniger Material und leichtere Teile erm\u00f6glicht. Dies ist in Bereichen wie dem Transportwesen von gro\u00dfer Bedeutung. Im Automobilbau oder in der Luft- und Raumfahrt ist jedes Gramm, das man herausholen kann, f\u00fcr die Treibstoffeffizienz von Bedeutung; wenn man also starke, aber leichte Teile herstellen kann, ist das f\u00fcr alle ein Gewinn. Es ist spannend, dass die Material-, Software- und Hardwareseiten unseres Unternehmens dazu beitragen k\u00f6nnen, Produkte, die mit der Kohlenstofftechnologie hergestellt werden, nachhaltiger zu machen.<\/p>\n

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Die neuen, nachhaltigeren Materialien von Carbon k\u00f6nnen in dessen Maschinen verwendet werden<\/p><\/div>\n

Der letzte Bereich ist das Recycling. Dies ist ein schwieriges Problem, da der Recycling-Workflow weltweit sehr ineffizient ist und nur ein kleiner Teil tats\u00e4chlich recycelt wird. Es gibt zwei Haupttechnologien f\u00fcr das Recycling. Die erste ist das eher traditionelle mechanische Recyclingverfahren. Bei diesem Verfahren wird ein ausrangiertes Teil gereinigt, zerkleinert und mit neuem Ausgangsmaterial gemischt, in der Regel in einer Konzentration von etwa 5-10 %, und in der Schmelze zu einem neuen Teil verarbeitet. Das hat seinen Sinn, ist aber sehr ineffizient. Das Problem besteht darin, dass bei jeder Erw\u00e4rmung des Polymers die Ketten k\u00fcrzer werden und einige mechanische Eigenschaften verloren gehen, so dass nur eine bestimmte Anzahl von Schleifen m\u00f6glich ist, bevor das recycelte Material nicht mehr funktioniert. Aber wir arbeiten auf jeden Fall in diesem Bereich.\u00a0 Zum Beispiel k\u00f6nnen die Zwischensohlen von adidas in St\u00fccke geschnitten und dann in einem Extruder zu einer neuen Form verarbeitet werden. Etwa 80 % der mechanischen Eigenschaften bleiben bei diesem Verfahren erhalten.<\/p>\n

Es gibt auch das chemische Recycling. Das ist sehr spannend, denn anstatt ein Material zu zerkleinern und wieder einzuschmelzen, kann es einen chemischen Prozess durchlaufen, bei dem die Polymerkette aufgetrennt wird und die Monomere, aus denen sie aufgebaut ist, regeneriert werden. Auf diese Weise kann ein recyceltes Polymer mit all seinen Eigenschaften erzeugt werden. Wir haben Harze in der Forschungs- und Entwicklungsphase entwickelt, bei denen wir 50 % des Ausgangsmaterials durch eine Art chemisches Recycling zur\u00fcckgewinnen k\u00f6nnen. Dieses kann dann in einer n\u00e4chsten Harzcharge verwendet werden, und es entsteht ein geschlossener Kreislauf. Wir sind derzeit auf der Suche nach Partnern f\u00fcr dieses Verfahren, und Sie k\u00f6nnen davon ausgehen, dass wir in den kommenden Jahren mehr dar\u00fcber h\u00f6ren werden.<\/p>\n

Schlie\u00dflich bem\u00fchen wir uns auch um die Verringerung des Verpackungsm\u00fclls, denn bei der Massenproduktion spielt die Gr\u00f6\u00dfe des Beh\u00e4lters eine gro\u00dfe Rolle f\u00fcr die Menge des entstehenden Abfalls.<\/p>\n

3DN: Wie sieht es mit der additiven Fertigung insgesamt aus? Wie nachhaltig ist sie?<\/h3>\n

Die additive Fertigung erm\u00f6glicht eine lokale Produktion. Die Hersteller k\u00f6nnen herstellen, was sie brauchen, wo und wann sie es brauchen, was dazu beitr\u00e4gt, die Transportkosten und den daraus resultierenden \u00f6kologischen Fu\u00dfabdruck zu verringern. Wir haben bei covid gelernt, dass Lieferketten auf Kosten optimiert werden, nicht auf Effizienz und Geschwindigkeit der Teileherstellung, was zu Engp\u00e4ssen und anderen Problemen f\u00fchren kann.<\/p>\n

Au\u00dferdem hat man bei der herk\u00f6mmlichen Fertigung ein Lager voller Teile, die im Spritzgussverfahren hergestellt werden und deren Temperatur und Feuchtigkeit kontrolliert werden muss. Das ist sehr energieintensiv. Hinzu kommt, dass oft zu viel bestellt wird, weil man versucht, den Bedarf vorherzusagen, und die \u00fcbersch\u00fcssigen Mengen vergeudet werden. Alternativ k\u00f6nnte man auch ein Lager voller 3D-Drucker haben und die Teile nach Bedarf herstellen, anstatt zu versuchen, diese komplizierten Lieferketten vorherzusagen. Wie wir bereits besprochen haben, erm\u00f6glicht die Leichtbauweise mit additiver Fertigung au\u00dferdem einen geringeren Materialverbrauch.<\/p>\n

\"carbon\"

Die nachhaltigeren Methoden von Carbon haben bei der Entwicklung von Produkten f\u00fcr adidas eine Rolle gespielt<\/p><\/div>\n

3DN: Haben Sie noch letzte Worte f\u00fcr unsere Leserschaft?<\/h3>\n

Ich glaube, dass die additive Fertigung heute wichtiger ist als je zuvor in unserer Geschichte. Vor allem, wenn es um die Herausforderungen in der Lieferkette geht, mit denen alle konfrontiert sind. F\u00fcr uns ist es besonders wichtig, Wege zu finden, wie wir Produkte schneller herstellen k\u00f6nnen. Der Ansatz von Carbon besteht darin, mit Designern und Herstellern von der Idee bis zur Produktion zusammenzuarbeiten und w\u00e4hrend des gesamten Entwicklungszyklus gemeinsame Prozesse und Materialien zu verwenden.\u00a0 Mehr \u00fcber uns und unsere Projekte k\u00f6nnen Sie HIER<\/a> erfahren.<\/p>\n

Was halten Sie von Carbon’s Ansatz zur Materialentwicklung und Nachhaltigkeit?? Lassen Sie uns dazu gerne einen Kommentar da, oder teilen Sie uns Ihre Meinung auf\u00a0Facebook,<\/a>\u00a0Twitter<\/a>,\u00a0\u00a0LinkedIN<\/a>\u00a0oder\u00a0Xing<\/a>\u00a0mit. M\u00f6chten Sie au\u00dferdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt f\u00fcr unseren\u00a0w\u00f6chentlichen Newsletter.<\/a><\/p>\n

*Alle Bildrechte: Carbon<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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