Robot Extruder biedt alternatief met lage investering om additieve fabricage van composieten te verkennen

CEAD (Delft, Nederland) heeft het CFAM Prime-systeem gecommercialiseerd voor het grootschalig 3D-printen van composieten, met behulp van een gepatenteerde printkop, die thermoplasten kan versterken met zowel continue als korte vezels in hetzelfde onderdeel. Zelfs zoals de Nederlandse composietproducent Poly Products (Werkendam, Nederland) zijn investering in dit systeem uitlegt in het artikel "Think big, print groter" in het huidige nummer van Kunststof Magazine , erkent CEAD dat andere bedrijven een andere aanpak nodig hebben.

“We zien dat de vraag naar grootschalig 3D-printen groeit”, legt Charléne van Wingerden, hoofd business development van CEAD, uit. “Maar niet elk bedrijf heeft ruimte voor een grote installatie zoals ons CFAM-systeem vanwege zijn footprint van 8 bij 4 bij 4,5 meter.” Omdat veel bedrijven echter al over robotarmen of portaalsystemen beschikken (bijv. CNC-bewerking), heeft CEAD een stand-alone extruder ontwikkeld die in dergelijke systemen kan worden geïntegreerd, en biedt zo een oplossing met lagere investeringen om de mogelijkheden binnen additive manufacturing te verkennen.

"We bouwden mallen met behulp van CNC-gefreesd polyurethaanschuim en met de hand gelegd GVK (glasvezelversterkte kunststof), maar die aanpak bracht te veel arbeid en afval met zich mee", legt György Juhász uit, eigenaar van Rapid Prototyping (Boedapest, Hongarije) dat een CEAD kocht Robotextruder in december. "We zijn nu bezig met het 3D-printen van mallen met 30% korte glasvezelversterkt polypropyleen en verkorten onze arbeidstijd met 50%."

De CEAD Robot Extruder is ontworpen als een lichtgewicht oplossing met een hoge output voor grootschalige 3D-printcomposieten. Dit systeem wordt geleverd met alles wat nodig is voor 3D-printen:de Robot Extruder, Siemens PLC-gebaseerde besturing, materiaalopslag, materiaaltransport, waterkoeling en een eenvoudig te installeren extrudermontagebeugel.

Hooggevulde polymeren en assortiment thermoplasten

De CEAD Robot Extruder is een speciaal ontworpen systeem voor hoge temperaturen dat speciaal is bedoeld voor 3D-printen. Met behulp van vier warmtezones smelt de extruder geleidelijk zuivere of versterkte thermoplastische korrels. Hij wordt aangedreven door een Siemens servomotor en een planetaire tandwielkast voor hogere koppels die nodig zijn om bepaalde materialen te verwerken. De Robot Extruder is ontworpen om standaard temperaturen te bereiken van 330 °C of tot 400 °C voor de versie voor hoge temperaturen, wat het mogelijk maakt om een ​​breed scala aan vezelversterkte thermoplastische materialen te extruderen - zelfs PEEK (polyetheretherketon).

De upgrade naar een servomotor van 1 kilowatt geeft een standaard koppel van 63 Nm en een piekkoppel van 144 Nm, wat gunstig is voor het printen van moeilijke en taaie materialen met een hoge output. Het gebruik van materialen van technische kwaliteit kan een extruder tot zijn maximale mogelijkheden pushen, bijvoorbeeld Arnite 50% glasvezelversterkt PET (polyethyleentereftalaat) en met koolstof gevulde PESU (polyethersulfon). Hoewel de standaard servomotor deze materialen kan verwerken, geeft de upgrade indien nodig wat meer output.

Bewaring en transport van materiaal

De Robot Extruder bevat opslag voor maximaal 25 kilogram materiaal dat niet grondig hoeft te worden gedroogd. Voor materiaal dat wel moet worden gedroogd, bevindt de materiaaltransportpomp zich onder de opslag en kan direct worden gekoppeld aan een externe droger. De materiaaltransportpomp blaast gedroogd materiaal in de extruderhopper, een proces dat wordt verfijnd door Siemens-besturingen.

Omdat de Robot Extruder als een compleet pakket wordt geleverd, wordt de materiaaltransporteenheid meegeleverd. Er is veel onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van een betrouwbaar materiaaltransportsysteem, omdat dit van cruciaal belang is voor het printen gedurende lange perioden zonder toezicht of bij het printen met dure technische materialen. “We vinden het onaanvaardbaar dat er een printstoring is omdat het transportsysteem uitviel”, zegt Wingerden. "CEAD is uniek in het feit dat de transporteenheid een standaardonderdeel is dat met de extruder wordt meegeleverd."

Eenvoudige integratie en controle

Het hele systeem wordt bediend via een Siemens-touchscreen, waarop CEAD-software draait, speciaal ontworpen voor de Robot Extruder- en CFAM-systemen, gebaseerd op jarenlange ervaring in kunststofextrusie, 3D-printen en machineontwikkeling.

Alle Robot Extruder-componenten werken samen voor een volledig geïntegreerd systeem. De operator communiceert met het Siemens-bedieningspaneel, dat kan worden aangesloten op het robot- of portaalsysteem. De robotextruder wordt bestuurd door slechts twee signalen — analoog 0-10 volt en digitaal 0-24 volt gelijkstroom (dc) — biedt een robuust systeem voor de robotarm of het portaal om de extruder te besturen. Onlangs heeft CEAD de besturing van de Robot Extruder via Profinet geïntroduceerd, waardoor geavanceerdere integratie-opties mogelijk zijn.

Er wordt ook een op maat gemaakte montagebeugel meegeleverd, waarvoor slechts een paar bouten nodig zijn om de robotextruder op een robotarm of portaal te monteren.

Aanvullende systemen

CEAD biedt ook een eenvoudig te integreren droogsysteem en andere componenten, zoals nozzle-sets. Rapid Prototyping kocht naast zijn Robot Extruder een droger. "We kunnen dus printen met een scala aan materialen, bijvoorbeeld PET, PET-G en ABS", zegt Juhász.