3D-Drucker für Karbonfaser-Anwendungen

Als Reaktion auf den zunehmenden Einsatz von Verbundmaterialien in der Industrie bietet Stratasys nun ein vergleichsweise kostengünstiges additives Fertigungssystem für karbonfaserverstärktes Nylon 12 an.

Die bereits im Rahmen der Rapid 2018 vorgestellte Fortus 380mc Carbon Fiber Edition, ist ein hochwertiger industrieller 3D-Drucker zu einem Startpreis von 70’000 Euro in EMEA und wird in dieser Region in den nächsten Wochen ausgeliefert.

In letzter Zeit hat der Markt für Verbundwerkstoffe einen Wachstum von 8 bis 12 Prozent verzeichnet. Das Energieministerium der USA betrachtet Karbonfaserverbundwerkstoffe und karbonfaserverstärkte Polymere als saubere Energietechnologien, da sie “Leichtbau” ermöglichen und dadurch den Energieverbrauch reduzieren. Schätzungen zufolge führt eine Reduzierung der Fahrzeugmasse um zehn Prozent zu einer Kraftstoffeinsparung von sechs bis acht Prozent.

Stratasys hatte als eines der ersten Unternehmen einen karbonfaserverstärkten Verbundwerkstoff für additive Fertigung im Angebot. Bisher wurde das Material allerdings nur für High-End-Produktions 3D-Drucker im Bereich von 200’000 bis 350’000 Euro angeboten. „Unsere Kunden drängen auf einen leichteren Zugang zu Karbonfasermaterialien“, sagt Pat Carey, Senior Vice President of Sales bei Stratasys. „Sie berichten uns, dass sie eine erschwingliche Lösung wünschen, allerdings in einem zuverlässigen, industriellen Qualitätssystem. Daher bieten wir nun ein System an, das leichter zugänglich ist und auf unserer Fortus 380mc-Plattform basiert. Der 380mc CFE ist nur für karbonfaserverstärktes Nylon 12 und ein weiteres Material geeignet. Daher können wir ihn derzeit zum niedrigsten Preis im Portfolio unserer Industriedrucker anbieten.“

„Seit vielen Jahren besteht in der additiven Fertigungsindustrie Bedarf an einer Vielzahl unterschiedlicher Maschinen, die Bauteile aus Verbundwerkstoffen mit hoher Festigkeit produzieren“, sagt Terry Wohlers von Wohlers Associates, einer Beratungsfirma für additive Fertigung. „Ich bin zuversichtlich, dass die neueste Maschine von Stratasys diesen Bedarf decken wird, da sie robuste Bauteile aus Karbonfaser und Nylon 12 liefert.“

Das Team Penske verwendet die FDM-Technologie für seine IndyCar- und Nascar-Rennwagen, um Prototypen und Endbauteile aus karbonfaserverstärktem Nylon 12 herzustellen. Zuletzt verwendete das Team den Verbundwerkstoff für die Fertigung eines Spiegelgehäuses für seine Nascar-Rennteams. Nach dem Entwurf des Spiegelgehäuses haben die Ingenieure das Design für jeden ihrer Fahrer der Cup-Serie angepasst, bevor sie die Endprodukte mittels FDM aus Verbundwerkstoffen hergestellt haben. Mithilfe des karbonfaserbasierten Materials konnte das Team Penske leichte und sehr robuste Spiegelgehäuse mit hoher Schlagfestigkeit und Stabilität fertigen, was im Motorsport von entscheidender Bedeutung ist. Die Festigkeit des Verbundwerkstoffs ist besonders nützlich für Bauteile mit dünnen Wänden, damit diese sich durch die aerodynamischen Belastungen auf der Rennstrecke nicht biegen.

Karbonfaserverstärktes Nylon 12 kann in der additiven Fertigung unter anderem für Folgendes verwendet werden:

• Funktionsprototypen von Bauteile aus Verbundwerkstoffen oder Metall;
• Kleinserien aus strapazierfähigem Material;
• Fertigung leichter Montagewerkzeuge für bessere Ergonomie und geringere Ermüdung von Mitarbeitern;
• Ersatz von Metallbauteilen durch Verbundwerkstoffe mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht

Stratasys geht davon aus, dass Hersteller von Werkzeugen und Montagevorrichtungen sowie Unternehmen der Automobil- und Schiffsbranche, aus den Bereichen Freizeitsportausrüstung, Orthese und Prothesen, Verteidigung, Luft- und Raumfahrt, medizinische Geräte sowie Öl- und Gasindustrie, die Erstanwender des 3D-Druckers Fortus 380 CFE sein werden.

Ähnlich wie ein typisches Spritzgussteil aus karbonfaserverstärktem Kunststoff, besteht Nylon 12CF von Stratasys zu 35 Prozent seines Gewichts aus Karbonfaser und bietet die höchste Biegefestigkeit und Steifigkeit aller FDM- oder FFF-3D-Druck-Bauteile.

Die Fortus 380mc CFE basiert auf einer bewährten Plattform, die Bauteile mit reproduzierbarer Maßgenauigkeit fertigt. Die Bauteile weisen keine wahrnehmbaren Verkrümmungen oder Schrumpfungen auf und haben eine hohe Genauigkeit. Das neue Nylon 12CF-Material von Stratasys hat eine vier mal höhere Zugfestigkeit (XY-Richtung) als konkurrierende Anbieter und behält seine mechanischen Eigenschaften bei einer 40 Prozent höheren Temperatur. Die Fortus 380mc CFE ist zwei- bis fünfmal schneller als ein konkurrenzfähiger 3D-Drucker auf Basis von Karbonfaser.

Die Fortus 380mc CFE fertigt Bauteile in einer Schichtstärke von 0,254 mm. Das System ist auch mit ASA-Thermoplasten kompatibel. Hierbei ist eine Fertigung mit einer Schichtstärke von 0,254 oder 0,127 mm möglich. Die Baukammer des 3D-Druckers misst 355 x 305 x 305 mm. Er ermöglicht die Entfernung von wasserlöslichem Stützmaterial und muss somit nicht manuell entfernt werden. Dies wiederum ermöglicht die Erstellung von filigranen und komplexen Geometrien. Ohne das lösliche Stützmaterial wäre dies jedoch nicht möglich, da die feinen Merkmale bei der Reinigung zerstört werden könnten, komplexe Geometrien möglicherweise zu arbeitsaufwendig sind oder sich das Stützmaterial nicht entfernen lässt.

Der Stratasys 3D-Drucker Fortus 380mc Carbon Fiber Edition wird auf der TCT Show, Stand H36, vom 25. bis 27. September in Birmingham zu sehen sein.

Bild: Das Team Penske verwendet auf der Rennstrecke in Indianapolis und auf den NASCAR-Rennstrecken Stratasys FDM und kohlenstofffaserverstärktes Nylon 12 für robuste und leichte Bauteile.