3D Systems bringt Flexibilität in große Unternehmen

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Wenn es um den großformatigen Polymer-3D-Druck geht, gibt es immer mehr Möglichkeiten, insbesondere für industrielle Roboterarme. Allerdings berücksichtigen die meisten Optionen auf dem Markt nicht alle notwendigen Variablen für die additive Fertigung (AM) von Kunststoffen. Nachdem ich auf der RAPID + TCT 2023 mit Brad Mount, Global Director of Business Development – ​​Titan, 3D Systems, gesprochen hatte, kam ich zu dem Schluss, dass die Abteilung von 3D Systems (NYSE: DDD) wirklich an alles für den 3D-Druck großer Polymerteile gedacht hat.

Das Interessanteste an den Extrusionsdruckern von 3D Systems ist ihre Flexibilität. Die Materialextrusionsmaschinen sind in zwei Größen erhältlich, der EXT 1070 Titan Pellet (ehemals Titan Atlas 2.5) mit einem Bauvolumen von 42" x 42" x 48" und der noch größeren EXT 1270 Titan Pellet (ehemals Titan Atlas 3.6). mit einem Bauraum von 50" x 50" x 72". Um so große Teile herzustellen, verlassen sich beide Drucker hauptsächlich auf die Pelletextrusion, wodurch die Druckgeschwindigkeit erhöht und die Gesamtmaterialkosten durch die Verwendung von Standard-Spritzgusspellets gesenkt werden.

Verschiedene 3D-gedruckte Teile mit dem Titan Atlas, ausgestellt auf der RAPD + TCT 2023.

Allerdings kann jedes System mit bis zu drei Werkzeugköpfen ausgestattet werden, einschließlich Filamentextrusion für detailliertere Teile, einem zweiten Pelletextruder oder sogar einem dreiachsigen CNC-Fräswerkzeugkopf für eine bessere Oberflächengüte. 3D Systems EXT Titan Pellet-Drucker können über verschiedene Variationen von Werkzeugkopfkonfigurationen verfügen, z. B. über zwei Filament-Extruder und einen Pellet-Extruder, über zwei Pellet-Extruder und einen einzelnen Filament-Extruder oder über einen Filament-Extruder, einen Pellet-Extruder und einen dreiachsigen CNC-Fräswerkzeugkopf, alle auf einem Einzelportal. Mit mehreren Extrudern kann ein wasserlösliches Trägermaterial neben einem Polymer aufgetragen werden oder es können starre und flexible Materialien kombiniert werden, auch beim Drucken mit Pellets. Bei Systemen mit einer dreiachsigen CNC-Frässpindel kann das Fräsen zu jedem Zeitpunkt der Fertigung durchgeführt werden, sodass ein Teil während des Drucks oder am Ende eines Auftrags gefräst werden kann.

„Ich arbeite mit vielen kommerziellen [Originalgeräteherstellern] sowie der Verteidigungsbranche zusammen“, sagte Mount. „Wenn ich mit jemandem von der Armee, der Marine oder der Luftwaffe gesprochen habe, sind sie von der Kombination aus Fräsen und Additiven auf derselben Grundfläche begeistert. Es ist kaum zu glauben, aber viele DoD-Standorte haben nur sehr begrenzte Stellfläche, also wenn Sie können zwei Maschinen in einer unterbringen, anstatt mehr Platz zu beanspruchen, das ist riesig.“

Neben einer Vielzahl von Werkzeugköpfen können die EXT Titan Pellet-Drucker von 3D Systems auch eine Reihe verschiedener Düsen austauschen, die von 0,6 mm bis hin zu 9 mm reichen. Ein so großer Düsendurchmesser würde bei einem Desktop-3D-Drucker wenig Sinn machen, aber für die massive EXT Titan Pellet-Serie bedeutet dies, dass sehr schnell dickere Schichten erzeugt werden, bevor der Mühlenkopf sie auf die Spezifikation reduziert. Ein auf der RAPID ausgestelltes Teil war ein Blechformwerkzeug für die Tinker Air Force Base. Das mit einer 2-mm-Düse gedruckte und mit dem Spindelwerkzeugkopf fertiggestellte Bauteil ermöglichte es den Ingenieuren, ein veraltetes Teil für in die Jahre gekommene Flugzeuge zu ersetzen.

Ein 3D-gedrucktes Blechformwerkzeug für die Tinker Air Force Base.

Während des Rundgangs durch den 3D Systems-Stand hob Mount große Teile hervor, wie zum Beispiel einen großen 3D-gedruckten Luftkanal, und verglich die Geschwindigkeit, mit der die EXT Titan Pellet-Maschine dies schaffte, mit der Geschwindigkeit, die eine Standard-Filament-Extrusionsmaschine schaffen konnte. Im Fall des Luftkanals schätzten Anwender herkömmlicher Fused Deposition Modeling, dass es drei Tage dauern könnte, im Gegensatz zu den acht Stunden, die der EXT Titan dafür benötigte.

Ein wesentliches Highlight der EXT Titan Pellet-Serie ist neben der schieren Geschwindigkeit der Drucker die Möglichkeit zum 3D-Drucken mit einer Vielzahl von Materialien. Dazu gehören faserverstärkte Hochtemperaturkunststoffe wie GF-PEKK, CF-PEKK und CF-PEI-Granulat. Dadurch unterscheiden sich die riesigen Pellet-Extrusionsdrucker von 3D Systems von vielen anderen großformatigen Polymerdruckern, bei denen die Kammer- oder Düsentemperaturen für solche Materialien normalerweise nicht hoch genug sind. Ein Kunde nutzte ein zu 30 Prozent glasfaserverstärktes PEKK, um eine Vorrichtung zum Zusammenschweißen mehrerer Metallteile in 3D zu drucken.

Ein 3D-gedrucktes Schweißwerkzeug aus hochtemperaturverstärktem Kunststoff.

Eine weitere neuartige Anwendung, die Mount vorstellte, war ein Werkzeug, das den eingebauten Vorteil der Porosität für einen verbesserten Luftstrom beim Vakuumformen hatte. Während bei herkömmlichen Vakuumformformen Löcher gebohrt werden müssen, damit das System Luft ansaugen und so das Endpolymerteil um das Werkzeug herum formen kann, entfällt aufgrund der inhärenten Porosität des Extrusions-3D-Drucks das Bohren von Löchern, um das für den Thermoformprozess erforderliche Vakuum bereitzustellen . Darüber hinaus ist es durch die Steuerung der Füllung der gedruckten Form möglich, die Kraft des Vakuums zu steuern. Die Möglichkeiten wurden auf der Messe durch eine Kunststoffplatte demonstriert, die mit einer Titan-gedruckten Form thermogeformt wurde und in einer U-Bahn installiert werden sollte.

Eine 3D-gedruckte Titanform (links) neben einem weißen thermogeformten Teil (rechts).

Mount erläuterte die Kosten- und Zeitvorteile der herkömmlichen Herstellung von Thermoformwerkzeugen und des 3D-Drucks:

„Traditionell verwenden sie entweder sogenannte Ren-Platten, bei denen Holzplatten zusammengeklebt, gestapelt und bearbeitet werden. Sie können auch den Guss durchführen und dann den Guss bearbeiten, oder sie schneiden einfach einen Aluminiumblock für das Werkzeug CNC. Alles.“ „Davon sind teuer und sehr zeitaufwändig. Die Vorlaufzeit für diese traditionellen Prozesse beträgt normalerweise vier bis zehn Wochen. [Mit unserer Maschine] können sie dieses Werkzeug an einem Tag in 3D drucken und mit dem Thermoformen von Teilen beginnen“, sagte Mount. „Das ist ein Mehrwert für ihre Kunden und für sie ein Wettbewerbsvorteil hinsichtlich Durchlaufzeit und Kosten. Was wir beim Thermoformen sehen, ist eine Kostenreduzierung von bis zu 80 Prozent und eine Verkürzung der Durchlaufzeit um etwa 65 Prozent.“

Ähnliche Eigenschaften und Techniken, die die Porosität in einem Vakuumformwerkzeug erhöhen, ermöglichen auch die Manipulation der Polsterung in einem flexiblen Teil. Mount erklärte, dass ein Besucher des 3D Systems-Standes am 3D-Druck von Kopfstützen für ein Fahrzeug interessiert war und möglicherweise die Dichte des gedruckten TPU veränderte, um die Shore-Härte im gesamten Bauteil zu variieren. Dies könnte unter anderem zu kundenspezifischen Sitzmöbeln für Rollstuhlfahrer führen.

Im Gespräch mit Mount wurde deutlich, dass der Einstieg von 3D Systems in die Materialextrusionstechnologie sorgfältig durchdacht war. Als das Unternehmen Kumovis und Titan Robotics erwarb, erweiterte es nicht nur sein Maschinenportfolio um eine der beliebtesten AM-Kategorien des 3D-Drucks. Dies waren strategische Schritte, um unter anderem direkt mit dem Marktführer für Materialextrusion, Stratasys, zu konkurrieren.

Während Stratasys über eine etablierte Reihe von Filamentextrusionsmaschinen für die Prototypenerstellung und Produktion in der Industrie sowie in der Luft- und Raumfahrt verfügt, hat 3D Systems nun Nischen in Angriff genommen, die der FDM-Erfinder zuvor vernachlässigt hatte. Mit Kumovis hat das Unternehmen den 3D-Druck für Point-of-Care-Teile medizinisch zugelassen. Mit Titan verfügt es über eine schnelle, großformatige Extrusion. Hierbei handelt es sich um äußerst einzigartige Arten der Materialextrusion, die sehr spezifische Anwendungen ansprechen, die andere Akteure übersehen haben, was den Vorstoß von 3D Systems in diesen Bereich potenziell profitabel macht.

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