De additieve fabricage van grote hoeveelheden kunststof onderdelen is een tijdrovende onderneming. Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU hebben nu Screw Extrusion Additive Manufacturing (SEAM) ontwikkeld, een systeem en proces dat acht keer sneller is dan conventioneel 3D-printen. Bezoekers kunnen de ultrasnelle 3D-printer in actie zien op de Fraunhofer stand C22 in hal 2 tijdens de Hannover Messe van 1 tot en met 5 april, 2019.

Op beurzen worden vaak driedimensionale printers gebruikt die laag voor laag kleine souvenirs bouwen van gesmolten plastic. Het kan tot een uur duren om een ​​souvenir op zakformaat te maken. Dit proces is veel te traag voor massaproductie van componenten, zoals vereist door de auto-industrie, bijvoorbeeld. Een systeem van het Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU in Chemnitz tilt 3D-printen nu naar een nieuw niveau:de high-speed technologie van het systeem duurt slechts 18 minuten om een ​​kunststof onderdeel te produceren dat 30 centimeter hoog is. Een team van onderzoekers van de Fraunhofer IWU heeft deze technologie ontwikkeld voor de additieve fabricage van veerkrachtige kunststofcomponenten in grote volumes. Zowel gereedschapsfabrikanten als de auto- en ruimtevaartindustrie profiteren van de innovatieve 3D-printer die acht keer de processnelheid bereikt. Deze printer maakt gebruik van het SEAM – een afkorting voor Screw Extrusion Additive Manufacturing – dat is ontwikkeld door het Chemnitz Institute.

Hoe bereikt SEAM deze hoge processnelheden? "Door werktuigmachinetechnologie te combineren met 3D-printen, " zegt Dr. Martin Kausch, een wetenschapper bij Fraunhofer IWU. Om het plastic te verwerken, de onderzoekers gebruiken een speciaal ontworpen unit die de grondstof smelt en met een hoge output uitwerpt. Deze unit wordt gemonteerd boven een bouwplatform dat door middel van het bewegingssysteem van een werktuigmachine in zes assen kan worden gezwenkt. "Tot dusver, deze combinatie is uniek, " aldus Dr. Kausch. Het hete plastic wordt in lagen op het bouwplatform gestort. Het bewegingssysteem van de machine zorgt ervoor dat het bouwpaneel zo onder de spuitmond door schuift dat de eerder geprogrammeerde componentvorm ontstaat. De tafel kan worden verplaatst met een snelheid van één meter per seconde in de X-, Y- en Z-assen en kunnen ook tot 45 graden worden gekanteld. "Hierdoor kunnen we acht keer sneller printen dan conventionele processen, waardoor de productietijden voor kunststof onderdelen enorm worden verkort."

De 3D-printer verwerkt voordelig basismateriaal

Elk uur, tot zeven kilogram plastic wordt door het hete mondstuk met een diameter van één millimeter geperst. Vergelijkbare 3D-printprocessen, zoals Fused Deposition Modeling (FDM) of Fused Filament Modeling (FLM), bereiken doorgaans slechts 50 gram plastic per uur. Een uniek kenmerk is dat, in plaats van duur FLM-filament, SEAM verwerkt vrij stromend, voordelig standaard kunststofgranulaat tot veerkrachtig, vezelversterkte componenten van enkele meters groot. Met deze methode kunnen de materiaalkosten met een factor tweehonderd worden verlaagd.

Met SEAM kunnen onderzoekers complexe geometrieën implementeren zonder ondersteunende structuren. Het hoogtepunt is dat het nieuwe systeem het zelfs mogelijk maakt om op bestaande spuitgegoten componenten te printen. "Omdat ons bouwplatform zwenkbaar is, we kunnen printen op gebogen structuren met een apart bewegende Z-as, " zegt Kausch. "Tijdens tests, we konden een grote verscheidenheid aan kunststoffen verwerken. Ze varieerden van thermoplastische elastomeren tot hoogwaardige kunststoffen met een gehalte aan koolstofvezel van 50 procent. Deze kunststoffen zijn materialen die bijzonder relevant zijn voor de industrie en niet kunnen worden verwerkt met traditionele 3D-printers."