Impresión 3D de fibra continua en el escritorio

Nuevo sistema de impresión 3D de escritorio de fibra continua de Desktop Metal Fuente | Metal de escritorio

Desktop Metal (Burlington, Mass., EE. UU.), Una empresa que se especializa en impresión 3D de metal para el desarrollo de productos y la producción en masa, ha anunciado que ampliará su tecnología para incluir a la comunidad de compuestos. Desktop Metal se fundó en 2015 con la misión de "hacer que la impresión 3D sea accesible para todos los ingenieros, diseñadores y fabricantes" y, desde entonces, la empresa ha introducido dos tecnologías de impresión 3D en el mercado:su sistema Studio de impresión 3D de metal apto para oficinas y su alta tecnología. -Impresora 3D de metal con sistema de producción de volumen, que es capaz de imprimir velocidades de hasta 12.000 cm ³ /hora. Ahora, la compañía está presentando lo que dice es la primera impresora de escritorio de fibra continua verdadera del mundo.

"Ahora estamos ampliando nuestra oferta para llevar la impresión 3D de fibra continua al escritorio de todos los ingenieros y diseñadores", dice Ric Fulop, director ejecutivo y fundador de Desktop Metal.

Los recientes avances en la fabricación aditiva han visto su uso cada vez más generalizado para la creación de prototipos, así como para plantillas, accesorios y herramientas. Desktop Metal predice que la tecnología experimentará un crecimiento de 10 a 50 veces durante la próxima década como un medio para fabricar piezas de uso final. La compañía reconoció una oportunidad en el mercado para llevar la impresión 3D a un área desatendida:la automatización de la fabricación de piezas pequeñas compuestas. Comenzando su entrada en el sector de los compuestos, Desktop Metal adquirió recientemente Make Composites Inc. (Boston, Mass., EE. UU.), Una empresa emergente fundada por Konstantine Fetfatsidis. Fetfatsidis fue recientemente nombrado Joven Profesional del Año de SAMPE 2019 y anteriormente se desempeñó como líder de I + D de fabricación avanzada en Aurora Flight Sciences (Manassas, Virginia, EE. UU.), Una compañía de Boeing.

Fetfatsidis, ahora vicepresidente de productos compuestos para Desktop Metal, explica su inspiración para iniciar Make. “Basándome en mi experiencia en I + D de compuestos y también en el desarrollo de negocios de aeroestructuras en el trato con los clientes, pude ver y trabajar con lo que era accesible y las diversas tecnologías de fabricación disponibles, y francamente me sentí un poco frustrado con el hecho de que el laminado manual todavía estaba en el estado de -el arte, especialmente para las partes más pequeñas ”, dice.

Argumenta que para las piezas pequeñas, menos de 20 libras, los fabricantes todavía confían principalmente en la colocación manual. Estos procesos que requieren mucha mano de obra requieren técnicos, herramientas costosas y mucho tiempo, todo lo cual aumenta el costo general de fabricación de una pieza.

“A lo largo de mi carrera ha habido tantas aplicaciones en las que nos hubiera encantado usar fibra de carbono, especialmente en Aurora mientras trabajábamos en conceptos de eVTOL, por sus propiedades ligeras, rigidez y resistencia, pero los costos simplemente no cuadraron, ”Dice Fetfatsidis. "Pensé para mí mismo, tiene que haber una mejor manera de automatizar, consolidar el número de pasos del proceso involucrados en la fabricación tradicional, reducir las herramientas y reducir los tiempos de entrega, todos los costos asociados".

Si bien se han hecho intentos para automatizar la fabricación de pequeñas piezas compuestas, las propiedades rara vez alcanzan la calidad a la que los usuarios industriales están acostumbrados con la colocación manual, y ciertamente no en un proceso de escritorio. En la mayoría de los compuestos de impresión 3D de hoy en día, las resinas a menudo no son las mismas que las que se usan en los procesos tradicionales, y muchas impresoras utilizan materiales patentados que no ofrecen el mismo alto rendimiento que los materiales calificados, lo que genera falta de uniformidad y variabilidad en la calidad. Las piezas resultantes suelen tener un contenido de volumen de fibra más bajo y una porosidad más alta que las piezas fabricadas a mano.

“Realmente no ha habido una solución de un extremo a otro para hacer esto a nivel de escritorio con los materiales que la gente está acostumbrada a usar, hasta ahora”, dice Fulop. "Combinamos los beneficios de la impresión 3D con materiales de fibra continua que están calificados para aplicaciones de alto rendimiento".

Accesorio CNC: Al imprimir en 3D este dispositivo CNC como un compuesto de fibra continua en el sistema de fibra, la pieza se puede hacer extremadamente rígida, lo que permite que los cilindros de bloqueo se mantengan firmemente en su lugar mientras se realizan las operaciones de mecanizado. La cinta de fibra de carbono se puede colocar selectivamente para agregar rigidez en las secciones del accesorio que experimentan la carga más alta. Los accesorios de mecanizado a menudo deben soportar temperaturas extremas y el uso de PEEK reforzado con fibra de carbono garantiza la estabilidad a altas temperaturas. Mediante la impresión 3D en el nuevo sistema de fibra, los ingenieros de los talleres de maquinaria podrán utilizar un diseño de accesorio optimizado que, de otro modo, habría sido demasiado lento y costoso de mecanizar. Fuente | Metal de escritorio

Basado en cintas

La nueva impresora de escritorio de Desktop Metal adopta la tecnología de colocación automatizada de fibra (AFP) para producir piezas compuestas termoplásticas reforzadas con fibra de alta calidad. La tecnología aprovecha las mismas líneas de fabricación que fabrican cintas preimpregnadas comerciales, aprovechando así una cadena de suministro existente y aprovechando el crecimiento que ya se está produciendo en el mercado de cintas unidireccionales (UD). En esencia, la tecnología toma AFP y lo reduce para una impresora de escritorio. De hecho, la empresa derivó el nombre de su proyecto original del sistema de extrusión cinemática Micro AFP (Make).

La impresora, a la que la empresa llama Fiber, está diseñada como un sistema modular de cambio de herramientas para su uso en una oficina o en un entorno de piso de producción y es capaz de entregar plantillas, mordazas, herramientas y accesorios de fabricación de grado industrial, así como para uso final. partes. El operador puede usar un cabezal Micro AFP para colocar el material y luego estacionarlo y cambiar a un cabezal de fabricación de filamentos fundidos (FFF) según sea necesario.

“Por primera vez, las impresoras de fibra combinan las propiedades del material de los materiales de fibra continua AFP de alto rendimiento con la asequibilidad y la velocidad de una impresora 3D de escritorio”, dice Fulop.

La tecnología utiliza las mismas cintas UD calificadas para aplicaciones de alto rendimiento. Si bien la impresora es capaz de procesar cintas UD con una amplia variedad de sistemas de matriz de fibra y termoplástico, los materiales disponibles inicialmente para el sistema incluirán poliamida 6 (PA6) con refuerzos de fibra de carbono y fibra de vidrio, así como polieteretercetona (PEEK) y polietercetoncetona (PEKK) con refuerzo de fibra de carbono. Las cintas, que se ofrecen en un formato de 3 milímetros de ancho, generalmente cuentan con fibras de remolque de 12K y se enrollan en carretes patentados. Se alimenta un solo estopa de 3 milímetros de ancho a través del cabezal hasta que llega a la región de la línea de contacto, donde un calentador sin contacto hace que la temperatura del termoplástico supere su temperatura de fusión, y un rodillo de compactación aplica presión para la consolidación del material entrante. cinta al sustrato debajo. Un cortador en la cabeza corta la cinta al final de cada pasada. Según Fetfatsidis, las cintas ofrecen una solución que es de mayor calidad pero más de 10 veces menos costosa por litro que un carrete de filamento de remolque 1K utilizado en algunas de las impresoras 3D basadas en extrusión que utilizan fibra continua. Además, la mayor calidad de las cintas junto con la capacidad de agregar presión a la pieza a través del proceso AFP se traduce en una mayor resistencia.

"Tenemos cintas de muy alta calidad que se utilizan en procesos AFP / ATL que tienen una carga de volumen de fibra muy alta (60% fibra de carbono) y las combinamos con PEEK o PEKK de alta temperatura", dice Fetfatsidis.

Soporte para cámara. El sistema de fibra permite que las piezas, como este soporte de cámara, se hagan más rígidas y ligeras que si se imprimieran con otros materiales. El tiempo de impresión rápido y los bajos costos de material permiten al diseñador iterar rápidamente en el diseño para lograr una pieza óptima. Fuente | Metal de escritorio

Se dice que las piezas creadas con el sistema Fiber son más fuertes que el acero, más livianas que el aluminio y se pueden imprimir en el escritorio. La fibra tiene un volumen de construcción de 320 por 240 por 270 milímetros (12,6 por 9,4 por 10,6 pulgadas). Los beneficios incluyen un refuerzo continuo de fibras en toda la pieza y muy poca porosidad. Fetfatsidis dice que las piezas creadas con cintas PA6 pueden tener menos del 5% de porosidad y las cintas PEEK / PEKK pueden producir piezas con menos del 1% de porosidad. El operador tiene la capacidad de dirigir remolques para lograr formas complejas o condiciones de carga particulares. Y debido a que las resinas son termoplásticas, se elimina la necesidad de un curado en autoclave, así como la necesidad de almacenar el material en un congelador.

"Este es el primer producto en el ámbito de la impresión 3D que combina fibra de carbono continua con PEEK y PEKK en un escritorio", dice Fulop.

Soporte de carga de la cubierta. Los soportes de carga de la cubierta se utilizan para ubicar componentes moldeados por inyección de metal (MIM) de modo que un efector final robótico pueda tomar una pieza antes de mecanizar las dimensiones críticas. Este accesorio experimenta un desgaste considerable, ya que entra y sale constantemente del accesorio. La impresión en 3D del soporte de carga de la cubierta en el sistema de fibra permite a los ingenieros del taller de máquinas reducir el tiempo de espera para producir el accesorio de semanas a horas, al tiempo que reduce el costo de fabricación en un 95%. Fuente | Metal de escritorio

Accesible para todos

Si bien la solución de Desktop Metal cuenta con varios beneficios, incluida la capacidad de crear piezas de uso final y el uso de termoplásticos, posiblemente uno de los aspectos más interesantes del sistema de fibra es su asequibilidad. La mayoría de los sistemas que utilizan cintas termoplásticas de fibra continua para la fabricación automatizada de piezas compuestas son sistemas millonarios. El sistema Fiber de Desktop Metal está disponible en dos modelos a través de un servicio de suscripción. Fiber HT está diseñado para producir piezas con compuestos continuos con <1% de porosidad y hasta un 60% de carga de fibra continua con matriz avanzada, incluidos PEEK y PEKK. Puede fabricar piezas ignífugas UL 94-V0 para soportar altas temperaturas de hasta 250 ° C, además de piezas compatibles con ESD. El modelo Fiber HT tiene un precio inicial de $ 5,495 por año. Mientras tanto, Fiber LT tiene un precio inicial de $ 3495 por año, lo que ofrece una forma asequible de producir piezas que no se estropeen y que cumplan con las normas ESD de alta resistencia, utilizando fibra continua con <5% de porosidad con termoplásticos PA6.

Efector final ESD. Los efectores finales se utilizan durante el proceso de fabricación de placas de circuito impreso (PCB). Esta pieza se fabricó con PA6 reforzado con fibra de carbono segura para descargas electrostáticas (ESD) del sistema de fibra, para ayudar a proteger los PCB de descargas electrostáticas dañinas durante todo el proceso de ensamblaje. Impresos como un compuesto continuo de fibra de carbono, los efectores finales son extremadamente rígidos, livianos y capaces de soportar la carga del proceso de ensamblaje de la PCB. Fuente | Metal de escritorio

“Queremos que la gente pueda comprar el sistema, tenerlo en su escritorio en su casa u oficina y hacer piezas de PEEK con fibra continua”, dice Fetfatsidis.

"Por unos pocos miles de dólares, puede comenzar a fabricar piezas compuestas de alto rendimiento con la misma tecnología de cinta que ahora se utiliza en piezas fabricadas por AFP de alta gama", añade Fulop.

A medida que el papel de la impresión 3D en la fabricación sigue creciendo, los diseñadores e ingenieros necesitan soluciones que permitan acceder a una amplia gama de materiales. El sistema Fiber es un gran paso adelante para poner materiales compuestos de alto rendimiento al alcance de cualquiera que quiera aprovechar el peso ligero, la resistencia y la rigidez que ofrecen los compuestos. Desktop Metal exhibirá su sistema de impresión 3D de escritorio de fibra continua de fibra en la exposición y conferencia de fabricación aditiva Formnext 2019, del 19 al 22 de noviembre en Frankfurt, Alemania.