DLR lanza EmpowerAX para industrializar la impresión 3D de fibra continua

El Centro Aeroespacial Alemán (DLR) lidera la innovación en todo, desde vehículos de lanzamiento espacial y aviones, hasta tecnologías digitales y movilidad de próxima generación. En compuestos, ha avanzado una amplia gama de tecnologías, desde la soldadura de compuestos termoplásticos y la infusión de resina líquida de aeroestructuras primarias hasta los sistemas de producción inteligente de compuestos 4.0, por nombrar solo algunos.

Ahora, el DLR Institute of Composite Structures and Adaptive Systems (Braunschweig, Alemania) tiene como objetivo ayudar a industrializar la impresión 3D de compuestos de fibra continua mediante el establecimiento de una plataforma global orientada a la demanda, diversificada en la industria, para usuarios de tecnología y proveedores de extrusión aditiva llamada EmpowerAX.

DLR habló sobre EmpowerAX en ITHEC 2020, y seguí con Xenia Stumpf y Maik Titze en DLR. Aquí, comparto lo que he aprendido.

Conceptos para la integración directa de fibra en la impresión 3D de composites. Fuente de información:Alexander Matschinski, Simposio virtual sobre AFP y AM, TU Munich, Presidente de Carbon Composites (LCC), septiembre de 2020. Crédito de la foto:“Impresión 3D con fibra continua:un paisaje”, CW Octubre de 2020.

¿Por qué la extrusión aditiva?

“Estamos desarrollando tecnologías de impregnación de fibras con termoplásticos para una producción más industrial y rentable”, explica Maik Titze, responsable de fabricación aditiva en el Instituto DLR de Estructuras Compuestas y Sistemas Adaptativos en Braunschweig. "Esto incluye el diseño de nuestros propios cabezales de impresión industriales y el desarrollo de métodos para el análisis y prueba de materiales y procesos". Señala que la extrusión aditiva utilizando fibras continuas ofrece no solo una mayor resistencia y rigidez, sino también la posibilidad de integrar funciones eléctricas y de detección. La extrusión aditiva combina termoplásticos y fibras continuas para crear estructuras multifuncionales que evitan los altos costos de herramientas, mejoran la eficiencia de producción y permiten nuevos diseños.

“La fabricación aditiva no sustituirá a todos los procesos de compuestos convencionales”, reconoce Titze, “pero se puede combinar con procesos como la colocación automatizada de fibras (AFP) o el devanado de filamentos, por ejemplo, para proporcionar soluciones y valor novedosos. Debido a que solo estamos trabajando con impresión 3D de fibra continua, EmpowerAX está realmente enfocado, lo que nos permitirá lograr un alto nivel de resultados. Pero dentro de la extrusión aditiva, EmpowerAX es tecnológicamente neutral. No impulsaremos ninguna tecnología específica ".

Plataforma global y diversificada

“En este momento, es difícil entender cuál de estas tecnologías sería adecuada para su aplicación y qué se debe hacer para adaptarla a su entorno y aplicaciones industriales”, continúa Titze. “Nuestro objetivo es analizar el espectro de lo que está disponible, incluidos los proveedores y los usuarios, y establecer una plataforma diversificada que abarque los sectores del mercado, incluidos el aeroespacial, automotriz, médico e industrial, por ejemplo. Esta plataforma, EmpowerAX, brinda la capacidad de realizar una evaluación de tecnología neutral, y trabajaremos con la industria para desarrollar medidas de estandarización y calificación para ayudar a aumentar la facilidad de uso de dicha tecnología. La idea no es desarrollar una nueva norma con los proveedores de tecnología y los usuarios, sino acordar cómo hacer una evaluación de la tecnología y qué indicadores de rendimiento utilizar ”.

La membresía de EmpowerAX es voluntaria y global. El inglés es el idioma que se usa para trabajar. Actualmente hay más de 30 miembros, que comprenden proveedores de tecnología y grandes usuarios de tecnología. “Contamos con fondos internos para hasta 6 empleados por año”, dice Titze. “Apoyarán el trabajo necesario para mantener esta plataforma global. Nuestros miembros han acordado colaborar sobre la base de que no compartiremos información con el público, sino solo con los miembros de EmpowerAX. Actualmente, la membresía es gratuita, pero actualmente solo aceptamos organizaciones que ya participan en la extrusión aditiva de fibras continuas. Después de mayo de 2021, abriremos aún más la membresía ". El único otro requisito, señala, es que “debes estar dispuesto a compartir información y contribuir. No puedes simplemente tomar. No hay membresía pasiva ”.

Etapas de selección de tecnología

La idea, dice Titze, no es solo transferir tecnología a industrias que ya usan compuestos, sino también usar EmpowerAX como un habilitador para ampliar el mercado y las aplicaciones de compuestos. “Por ejemplo”, dice, “en la industria médica, ¿qué requisitos especiales deben cumplirse? ¿Qué se debe hacer para cumplir con estos? ¿Cómo puede garantizar la calidad que necesita y cómo se puede lograr en un entorno de producción industrial? ”

Para responder a estas preguntas, EmpowerAX propone un enfoque por etapas como se muestra en el diagrama anterior. “La primera etapa es la detección de tecnología”, dice Titze. “Si usted, como posible usuario, desea ver si una tecnología funcionará para su aplicación, entonces miramos cosas como limitaciones geométricas, volúmenes de producción y requisitos de integración de piezas / funciones, etc. Estamos de acuerdo con todos los miembros en una lista preestablecida de aproximadamente 15 parámetros, como resistencia y rigidez específicas, y luego pre-identifique la idoneidad de las diferentes tecnologías, dependiendo de lo que requiera su aplicación. Por lo tanto, cooperamos con proveedores de materiales / tecnología para obtener los datos de los parámetros estándar y evaluarlos con anticipación. Luego, trabajamos con hojas de datos de proveedores de materiales / tecnología para obtener los datos de los parámetros estándar. Entonces, por ejemplo, de 10 soluciones disponibles, durante esta primera etapa, puede seleccionar tres, y luego comenzar a evaluar los datos para compararlos ”.

La evaluación de requisitos específicos es la siguiente etapa. Por ejemplo, si esta aplicación es en el interior de ferrocarriles o aviones, entonces se necesitarán parámetros de desempeño de fuego, humo y toxicidad (FST). "Después de esto", dice Titze, "definiremos si se requieren personalizaciones para que cada tecnología funcione para su aplicación y determinaremos los esfuerzos necesarios".

El objetivo es dar una cuantificación de cómo las tecnologías finalistas para una aplicación dada se miden en términos de viabilidad tecnológica y cuánto trabajo / tiempo / costo tomará transferir la tecnología para uso industrial. “Después de pasar por estas etapas de evaluación, le resultará fácil comprender los pasos necesarios para que cada tecnología sea posible para su aplicación”, explica Titze. “Para los proveedores de tecnología, esto conduce a una transferencia de tecnología más rápida a nuevos mercados y reduce su inversión y esfuerzo. También identifica casos comerciales reales que se adaptan bien a su tecnología, donde tienen fortalezas ”.

Estandarización y calificación

Otra parte clave de la visión de EmpowerAX es ayudar a madurar las tecnologías de extrusión de aditivos mediante la estandarización y la calificación. “Ya estudiamos qué estándares existen y cuáles podrían funcionar para estas tecnologías, por ejemplo, dentro de ASTM, ISO y VDI (estándares del gobierno alemán)”, dice Titze (vea la imagen animada arriba). “Por lo tanto, está analizando las pruebas estándar, qué funciona, qué no y qué modificaciones se necesitan. Este es un trabajo que a la mayoría de las empresas les gustaría evitar porque es tedioso, lento y costoso. Es mucho mejor para la industria si no todos están replicando estos esfuerzos. Por lo tanto, nuestro objetivo es ayudar a lograr estándares más rápidos para una mayor madurez, pero con un amplio conjunto de entradas de industria y transparencia a industria."

“Además, si combina una tecnología de extrusión de aditivos en particular con otros pasos del proceso, deberá integrarla e implementar estándares de garantía de calidad”, señala Titze. “Esto incluye pruebas no destructivas (NDT), sensores y software. Ya comenzamos compilando un catálogo de posibles defectos y desviaciones del proceso. ¿Cómo puede evitarlos y detectarlos? ¿Qué puede hacer para remediarlos en caso de que ocurran? Entonces podemos comenzar a ensamblar una base de datos de posibles NDT y opciones de monitoreo de procesos ”.

Cronología de EmpowerAX

“Nuestro primer objetivo es proporcionar un marco para lo que está disponible industrialmente en la actualidad”, dice Titze. “No estamos tratando de abrir más el espectro de sistemas por el momento, sino que queremos mostrar qué hay y cómo se pueden utilizar estas tecnologías. Creemos que algunas mejoras vendrán simplemente a través de pruebas y evaluaciones sistemáticas. También vemos los beneficios de poder mostrar lo que es posible con las tecnologías actuales. Además, al identificar los obstáculos, podemos tener una discusión sobre cómo superarlos, lo que proporciona más mejoras y maduración de las tecnologías ”.

“Consideramos que la extrusión aditiva es un camino potencialmente más fácil para las empresas que son nuevas en el campo de los compuestos en comparación con el uso de procesos que involucran autoclaves o infusión de resina”, señala Titze. “También lo consideramos bien adaptado para más resultados industriales. EmpowerAX también se ocupa de analizar las aplicaciones industriales y abordar los obstáculos que han impedido el uso de compuestos de extrusión aditiva hasta la fecha. Por ejemplo, las deficiencias actuales incluyen la repetibilidad y estabilidad del proceso. La tecnología se ha introducido en el mercado con relativa rapidez, por lo que hay áreas que aún no están en un nivel de madurez para ser utilizadas ampliamente. Entonces, eso es lo que estamos haciendo. Nuestro objetivo es mostrar lo que se puede hacer y lo que se debe hacer y luego trabajar en colaboración para completar ese trabajo, avanzando tanto en las tecnologías como en los usos finales exitosos en la industria ”.

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