Was macht den industriellen 3D-Druck günstiger?

Published on April 26, 2018

Was macht den industriellen 3D-Druck günstiger?

    Bild

    Die meisten Leute haben den 3D-Druck bereits auf die eine oder andere Weise getroffen, aber es gibt immer noch den Mythos, dass Sie alles, was Sie möchten, auf einem 3D-Drucker drucken können. Dies ist jedoch weit davon entfernt. Daher ist der 3D-Druck in den Produktionsketten großer Unternehmen nicht weit verbreitet. Das technologische Hauptproblem des dreidimensionalen Druckens nach dem FDM-Verfahren besteht in der Verwendung von ungefüllten Polymeren (Polylactit, Acrylnitril-Butadien-Styrol) als zu verarbeitendem Material, was den Umfang der mit FDM-Druck erzielten Produkte erheblich einschränkt.

    Dieses Problem ist weitgehend auf die Tatsache zurückzuführen, dass für Materialien aus polymeren Stäben (Filamenten) ziemlich hohe Anforderungen an physikalische und mechanische Eigenschaften, Schmelzviskosität - Verarbeitbarkeit, thermische und physikalische Eigenschaften, Haftung auf verschiedenen Oberflächen usw. gestellt werden - Die Presse ist ein hochwertiges Polymerprodukt. Die Herstellung dreidimensionaler Prototypen auf der Grundlage solcher Filamente mit funktionellen Eigenschaften ist jedoch äußerst schwierig, da hohe Parameter hinsichtlich mechanischer, thermischer, elektrischer und anderer Eigenschaften der Endprodukte, die durch dreidimensionales Drucken mit dem FDM-Verfahren erhalten werden, erreicht werden müssen und gleichzeitig die technologischen Anforderungen für das Filament erfüllt werden. welches für die Herstellung des Endprodukts verwendet wird.

    Mit anderen Worten, die Herstellung eines "Filaments" aus hochgefüllten Materialien (wärmeleitend, hochfest, chemisch beständig usw.) ist eine äußerst schwierige und in manchen Fällen sogar unmögliche Aufgabe. Wenn das "Filament" erhalten wird, ist es nicht möglich, sie auf herkömmlichen 3D-Druckern zu drucken.

    Im Allgemeinen ist die Verwendung von Polymer-Verbundwerkstoffen im 3D-Druck mit FDM mit einer Reihe von Einschränkungen und Problemen verbunden:

    • Die Entwicklung von Polymerzusammensetzungen für das Drucken nach dem FDM-Verfahren unter Berücksichtigung der Besonderheiten des Formens mit dem Additivverfahren für funktionelle Produkte ist eine komplexe Forschungsaufgabe, bei der die Eigenschaften sowohl der resultierenden Produkte als auch der Eigenschaften des Verbrauchsmaterials berücksichtigt werden müssen.
    • hohe Sprödigkeit und geringe Leistung des Filaments von hochgefüllten Verbundstoffen;
    • geringe Haftung des Füllstoffs in der Polymermatrix unter bestimmten Lastbedingungen;
    • Mangel an technologischen Fähigkeiten beim Bedrucken von verstärkten Filamenten;
    • Eine begrenzte Auswahl an 3D-Drucktechnologien, die gefüllte und hochgefüllte Polymermaterialien in Granulatform verarbeiten.

    Bild

    Die Lösung für dieses Problem ist der Verzicht auf Polymerstäbe und die Verwendung als Verbrauchsmaterial für 3D-Druckgranulate und -pulver, die häufig für das industrielle Spritzgießen verwendet werden.

    Bild

    Zu diesem Zweck wurde ein einzigartiger 3D-Drucker mit einem Schnecken-Kolbenextruder entwickelt, der die Verarbeitung von Polymeren mit niedrigem Fließverhalten in den folgenden Prozessfenstern ermöglicht:

    1. Viskosität der Schmelze: 5 - 100 kPa × s;
    2. Betriebstemperaturen: 25 - 450 ° C;
    3. Temperatur der Wärmekammer: 120 ° C
    3. Druckvolumen 350 × 350 × 350 mm;
    4. Druckgeschwindigkeit bis zu 30 cm3 / min;
    5. Positioniergenauigkeit von 0,05 mm.


    Wiederverwertbare Materialien:

    • Thermoplaste und thermoplastische Elastomere: ABS-Copolymer, LDPE, PP, PVA, PET, PMMA, PST, 1,2-SPB, SBS, thermoplastische Polyolefinelastomere, thermoplastische Elastomere;
    • Hochfeste technische Kunststoffe: Polyphenylsulfid, Polyetheretherketon, Polycarbonat, Fluorkunststoff;
    • Biologisch abbaubare Polymere: Polylactid, Polyhydroxyalkanoate.

    Als kurze Verstärkungsmittel für dreidimensionale Prototypen können verschiedene polymere und anorganische Fasern verwendet werden:

    • Monofilament: Fiberglas, Carbon, Viskose, Polyester; Polyamid-, Kupfer-, Nickel-, Aluminium- und Silberfasern;
    • Hybridfasern: Metall-Textil-, Metall-Glas- und Metall-Polymer-Fasern;
    • Biologisch abbaubare Fasern: Viskose-, Kollagen-, Hydrogel- und Polysaccharidfasern.


    Die vorgestellte Technologie ermöglicht die Herstellung von Produkten aus Verbundwerkstoffen mit dem breitesten Anwendungsbereich und nicht nur Prototypen, sondern vorgefertigten Funktionsprodukten, die im Zusammenhang mit zunehmenden Trends bei der Einführung von Verbundwerkstoffen in die Großindustrie und den Erwartungen des Marktes additiver Technologien relevant sind.

    Bild

    Diese Technologie hat gegenüber den Filament-3D-Druckern eine Reihe von Vorteilen:

    • ein breites Spektrum an verarbeiteten Materialien - eröffnet die Möglichkeit, Materialien zu verwenden, die bisher nur Benutzern der teuren Technologie des Selective Laser Sintering (SLS) zur Verfügung standen, sowie bisher grundsätzlich für den 3D-Druck ungeeignet;
    • Reduzierung der Materialkosten um das 5-10-fache;
    • der erhöhte Durchsatz des Extruders und als Ergebnis eine hohe Druckgeschwindigkeit;
    • Erhaltung der ursprünglichen Materialeigenschaften im Endprodukt;
    • die Fähigkeit, direkt mit dem Einfüllen des Materials während des Druckens zu experimentieren;
    • die Möglichkeit, neue Materialien direkt in Form des Endprodukts zu testen.

    Ähnliche Entwicklungen auf dem russischen Markt sind nicht vertreten. Startups mit ähnlichen Entwicklungen zeichnen sich gerade auf dem westlichen Markt ab, sind aber auch hinsichtlich Druckqualität, Preis und Ausstattung unterlegen.

    Bild
    Von Polyamid-6 bedruckter Bauer

    Warum ein solches Gerät verwenden, wenn Sie auf einer Spritzgießmaschine Material unter Druck gießen können? Die Antwort ist einfach: Für einen 3D-Drucker ist keine zusätzliche Ausrüstung (Lithiumformulare usw.) erforderlich, und der Preis pro Artikel ist nur beim Drucken ab 300.000 Stück vergleichbar. Mit anderen Worten, die Produktion in kleinem Maßstab ist um 90% günstiger und erfordert keine zusätzlichen Kosten für die Neuausrüstung, nur für Verbrauchsartikel.

    Dementsprechend sind potenzielle Verbraucher Vertreter der Großindustrie, der Automobil- und Luftfahrtindustrie, Hersteller von Konsumgütern und technischen Produkten, einschließlich Elektronik, Forschungs- und Entwicklungszentren und Medizin. Die Technologie kann ihre Anwendung auch in der maßgeschneiderten Kleinserienfertigung im Konzept von Industrie 4.0 finden.