Setforge start serieproductie koolstofvezelcomposieten met 9T Labs-technologie

Al meer dan een eeuw smedt en bewerkt Setforge (een dochter van Farinia Group, L'Horme, Frankrijk) hoogvolume, precisie metaalcomponenten voor eisende industrieën zoals automotive en luchtvaart. Om de leiding te behouden en zich aan te passen aan veranderende tijden, heeft het bedrijf geïnvesteerd in technologie waarmee het hoogpresterende koolstofvezel-versterkte composietonderdelen snel en kosteneffectief kan ontwerpen en produceren, om staal, aluminium en titania te vervangen met een aanzienlijk lager gewicht. Om de uitbreiding naar geavanceerde composieten te faciliteren, werd Setforge een vroege partner van de hybrid manufacturing solution OEM 9T Labs AG (Zürich, Zwitserland) en heeft nu de screening gestart voor nieuwe serie-toepassingen die geproduceerd moeten worden op het Red Series Additive Fusion Solution-platform in L'Hormes, Frankrijk.

"We kozen hun Red Series Additive Fusion Solution-platform, een all-in-one oplossing die software, hardware en support combineert. De Fibrify-software stelt ons in staat om onderdelen te ontwerpen met vezels die we alleen daar plaatsen waar nodig, en het is direct gekoppeld aan commercieel beschikbare structurele simulatiesoftware," legt Damien Felix, R&D-projectmanager bij Setforge, uit. "De combinatie van additive manufacturing [AM] en pressen is uniek. We kunnen structurele onderdelen aanbieden die reproduceerbaar en kostenconcurrentieel zijn. De expertise van 9T Labs in composieten helpt ons de juiste toepassing te identificeren en belasting-gerichte onderdelen gemakkelijk te ontwerpen. We kunnen zelfs metalen inlegstukken plaatsen voordat we de vezels verdichten en porositeit reduceren. We eindigen met afgeronde, net-shape onderdelen met hoge vezelverhoudingen en lage porositeit die specifieke belasting vier keer hoger kunnen dragen dan staal."

Wat is de marktnuttigheid van onderdelen die nabij-net-shape geproduceerd kunnen worden, met een geoptimaliseerde gewicht-prestatieverhouding en hogere mechanische prestaties dan andere hoogspnelheid koolstofvezelprocessen? Didier Henry, directeur van Setforge, zegt dat het antwoord is: "elke markt gedomineerd door aluminium en titania, of waar sterke, lichte onderdelen waardevol zijn. Deze onderdelen zullen zelfs interessant zijn om andere composietonderdelen te vervangen die verbeterd, verzwaard en versterkt moeten worden."

Met de opzet van de eerste koolstofvezel AM-productiemogelijkheden dankzij 9T Labs, zal Setforge in staat zijn om tot 5.000 koolstofvezel-composietonderdelen per jaar te produceren in afmetingen tot 350 x 270 x 250 millimeter. Naarmate de capaciteit in 2023 en daarvoor opgelopen wordt, verwacht Setforge 100.000 onderdelen per jaar te kunnen produceren en de afmetingen uit te breiden.

"Met de Red Series willen we voorstellen om metaalonderdelen te vervangen door composieten voor onze huidige markten zoals automotive of luchtvaart, maar we willen ook innovatieve oplossingen aanbieden voor nieuwe markten — bijvoorbeeld luxe, sport, medisch, exoskeletten [bijv. draagbare ergonomische hulpbij tillen] en drones," voegt Felix toe. (Zie "9T Labs beoordeelt AM voor medische, luchtvaarttoepassingen.")

De hybride geavanceerde productietechnologie van 9T Labs stelt hoge prestaties structurele onderdelen — in uitdagende kleine tot middelgrote formaten en dikke wanden — in staat te worden geproduceerd in koolstofvezel-versterkte thermoplastische composieten (CFRTP) in productievolumes variërend van 100 tot 10.000 onderdelen per jaar. Door 3D-printen (dat ontwerpvrijheid, onderdeelcomplexiteit en controle van vezeloriëntatie biedt) te combineren met compressiepressen in passende metalen matrijzen (die snelle cyclus tijden, hoge productiesnelheden, uitstekende oppervlakteafwerking met lage porositeit, plus hoge herhaalbaarheid en reproduceerbaarheid bieden), biedt het hybride productiesysteem het beste van zowel additieve als subtractieve manufacturing.

Het gepatenteerde Red Series Additive Fusion Solution-platform van het bedrijf bestaat uit een Build Module — een 3D-printer die vezellegging en preformproductie verzorgt — en een Fusion Module — een compacte compressiepers die preformconsolidatie en finale vormgeving verzorgt. De hardware wordt ondersteund door de Fibrify-ontwerpsuite van 9T Labs. Deze software stelt CAD-bestanden in te laden, ontwerp en vezellegging te optimaliseren, en vervolgens te verplaatsen naar grote commerciële structurele analyseprogramma's om structurele prestaties te verifiëren. Dit, aldus 9T Labs, elimineert de kostbare en tijdrovende "maken en breken"-cyclus van onderdelen ontwerpen, prototypes produceren en testen, en ontwerpen verder aanpassen om prestatie- en kostendoelen nauwer te benaderen. Op zijn beurt helpt dit fabrikanten om onderdelen sneller en tegen lagere kosten op de markt te brengen.

Samen kan het systeem snel, efficiënt, consistent en kosteneffectief structurele onderdelen met hoge complexiteit in CFRTP-composieten produceren voor initiële prototyping tot hoog-volume productie. Bovendien stelt het gebruik van bewezen industriestandaardmaterialen — hoge prestaties nette (onversterkte) en koolstofvezel-versterkte polyamide 12 (PA12), polyfeensulfide (PPS), polyetherketonketon (PEKK) en polyetheretherketon (PEEK) — de productie van lichte, structurele composietonderdelen toe die metalen in uitdagende omgevingen kunnen vervangen, betaalbaar met weinig afval, een verbeterde buy-to-fly ratio en hoge niveaus van R&R. Aangezien de thermoplastische matrices gesmolten herverwerkt kunnen worden, kan afvalmateriaal en onderdelen gerecycled worden, en kunnen meerdere 3D-geprinte sub-assemblages tijdens de Fusion-stap samengeラスト worden.