DLR Onthult EmpowerAX, Pioneer in Industriële Schaal Continue Vezel 3D-printen

Het Duitse Ruimtevaartcentrum (DLR) leidt innovatie in alles van ruimtelanceervoorwerpen en vliegtuigen, tot digitale technologieën en nextgen mobiliteit. In composieten heeft het een breed scala aan technologieën gevorderd van thermoplastische composietlassen en vloeibare harsinfusie van primaire luchtvaartstructuren tot Composites 4.0 intelligente productiesystemen, om er maar een paar te noemen.

Nu streeft DLR Institute of Composite Structures and Adaptive Systems (Braunschweig, Duitsland) ernaar om 3D-printen van continue vezelcomposieten te industrialiseren door een vraag-gestuurde, industrie-gediversifieerd, mondiaal platform voor technologiegebruikers en -leveranciers van Additieve Extrusie te vestigen, EmpowerAX genaamd.

DLR besprak EmpowerAX op ITHEC 2020, en ikvolgde op met Xenia Stumpf en Maik Titze bij DLR. Hier deel ik wat ik heb geleerd.

Concepten voor directe vezelintegratie in composieten 3D-printen. Informatiebron: Alexander Matschinski, Virtual Symposium on AFP and AM, TU München, Lehrstuhl für Carbon Composites (LCC), sep. 2020. Photo Credit: „3D printing with continuous fiber: A landscape”, CW okt 2020.

Waarom additieve extrusie?

„We ontwikkelen vezelimpregneringstechnologieën met thermoplasten voor meer industriële, kosteneffectieve productie,” legt Maik Titze uit, verantwoordelijk voor additieve productie bij DLR Institute of Composite Structures and Adaptive Systems in Braunschweig. „Dit omvat het ontwerpen van onze eigen industriële printkoppen en het ontwikkelen van methoden voor analyse en testen van materialen en processen.” Hij merkt op dat additieve extrusie met continue vezels niet alleen verhoogde sterkte en stijfheid biedt, maar ook de mogelijkheid om sensoring en elektrische functies te integreren. Additieve extrusie combineert thermoplasten en continue vezels om multifunctionele structuren te creëren die hoge toolingkosten vermijden, productie-efficiëntie verbeteren en nieuwe ontwerpen mogelijk maken.

„Additieve productie zal niet alle conventionele composietprocessen vervangen,” geeft Titze toe, „maar het kan gecombineerd worden met processen zoals geautomatiseerd vezelplaatsen (AFP) of filamentwikkelen, bijvoorbeeld, om nieuwe oplossingen en waarde te bieden. Omdat we alleen werken met continue vezel 3D-printen, is EmpowerAX echt gefocust, wat ons toelaat een hoog niveau van resultaten te bereiken. Maar binnen additieve extrusie is EmpowerAX technologie-neutraal. We zullen geen specifieke technologieën pushen.”

Mondiaal, gediversifieerd platform

„Op dit moment is het moeilijk te begrijpen welke van deze technologieën geschikt zou zijn voor uw toepassing en wat er gedaan moet worden om het aan uw industriële omgeving en toepassingen aan te passen,” gaat Titze door. „Ons doel is om te kijken naar het spectrum van wat beschikbaar is, inclusief leveranciers en gebruikers, en een gediversifieerd platform op te zetten dat marktsectoren overschrijdt, inclusief luchtvaart, auto, medisch en industriieel, bijvoorbeeld. Dit platform, EmpowerAX, geeft dan de mogelijkheid om een neutrale technologiebeoordeling te doen, en we zullen met de industrie samenwerken om standaardisatie- en kwalificatiemaatregelen te ontwikkelen om het gemak van het gebruik van dergelijke technologie te vergroten. Het idee is niet om een nieuwe norm met tech-leveranciers en -gebruikers te ontwikkelen, maar akkoord te gaan over hoe een technologiebeoordeling te doen en welke prestatie-indicatoren te gebruiken.”

EmpowerAX-lidmaatschap is vrijwillig en mondiaal. Engels is de taal die voor werk gebruikt wordt. Er zijn meer dan 30 leden, momenteel, bestaande uit technologieleveranciers en grote technologiegebruikers. „We zijn intern gefinancierd voor maximaal 6 werknemers per jaar,” zegt Titze. „Ze zullen het werk ondersteunen dat nodig is om dit mondiale platform te onderhouden. Onze leden hebben akkoord gegaan om te collaboreren op basis van dat we geen informatie met het publiek zullen delen, maar alleen met EmpowerAX-leden. Lidmaatschap is momenteel gratis, maar we accepteren momenteel alleen organisaties die al betrokken zijn bij additieve extrusie van continue vezels. Na mei 2021 zullen we lidmaatschap verder openen.” De enige andere vereiste, merkt hij op, is dat „je bereid moet zijn om informatie te delen en bij te dragen. Je kunt niet gewoon nemen. Er is geen passief lidmaatschap.”

Technologie screening fasen

Het idee, zegt Titze, is niet alleen om technologie over te dragen aan industrieën die al composieten gebruiken, maar ook EmpowerAX te gebruiken als een enabler om de markt en toepassingen voor composieten te vergroten. „Bijvoorbeeld,” zegt hij, „in de medische industrie, welke speciale eisen moeten vervuld worden? Wat moet gedaan worden om die te halen? Hoe kan je de kwaliteit garanderen die je nodig hebt en hoe kan dit bereikt worden voor een industriële productieomgeving?”

Standaardisatie en kwalificatie

Een ander sleutelgedeelte van de EmpowerAX-visie is om additieve extrusietechnologieën te helpen rijpen via standaardisatie en kwalificatie. „We hebben al bestudeerd welke standaarden er zijn en welke voor deze technologieën zouden kunnen werken, bijvoorbeeld binnen ASTM, ISO en VDI (Duitse overheidsstandaarden),” zegt Titze (zie geanimeerde afbeelding hierboven). „Dus het kijkt naar standaardtesten, wat werkt, wat niet en welke wijzigingen nodig zijn. Dit is werk dat de meeste bedrijven willen vermijden omdat het saai, tijdrovend en duur is. Het is veel beter voor de industrie als iedereen deze inspanningen niet herhaalt. Dus ons doel is om snellere standaarden voor verhoogde rijpgemiddeld te helpen bereiken, maar met een brede set inputs vanuit de industrie en transparantie naar de industrie.”

„Ook, als je een bepaalde additieve extrusietechnologie combineert met andere processtappen, zul je het moeten integreren en kwaliteitsborgingsstandaarden implementeren,” wijst Titze erop. „Dit omvat niet-destructieve testen (NDT), sensoren en software. We hebben al begonnen met het samenstellen van een catalogus van mogelijke defecten en procesafwijkingen. Hoe kun je die vermijden en detecteren? Wat kun je doen om ze te verhelpen als ze voorkomen? We kunnen dan beginnen met het samenstellen van een database van mogelijke NDT- en procesmonitoringsopties.”

Tijdlijn voor EmpowerAX

„Ons eerste doel is om een raamwerk te bieden voor wat er industriëel beschikbaar is vandaag,” zegt Titze. „We proberen het spectrum van systemen nog niet verder open te breken, maar willen in plaats daarvan laten zien wat er is en hoe deze technologieën gebruikt kunnen worden. We geloven dat sommige verbeteringen zullen komen door systematische testen en evaluatie. We zien ook voordelen van het kunnen tonen wat mogelijk is met huidige technologieën. Daarnaast, door obstakels te identificeren, kunnen we een discussie voeren over hoe die te overwinnen, wat verdere verbeteringen en rijping van de technologieën oplevert.”

„We zien additieve extrusie als een potentieel makkelijker pad voor bedrijven nieuw voor composieten versus processen met autoclaven of harsinfusie,” merkt Titze op. „We zien het ook als goed afgestemd op meer industriële resultaten. EmpowerAX gaat ook om het bekijken van industriële toepassingen en het aanpakken van de obstakels die het gebruik van additieve extrusiecomposieten tot nu toe hebben voorkomen. Bijvoorbeeld, huidige tekortkomingen omvatten procesherhaalbaarheid en stabiliteit. De technologie is relatief snel naar de markt geduwd, dus er zijn gebieden die nog niet op een rijpgemiddeld niveau zijn om breed gebruikt te worden. Dat is wat we doen. We willen laten zien wat er kan en wat er gedaan moet worden en dan samenwerkend dat werk voltooien, wat zowel de technologieën als succesvolle eindgebruiken in de industrie vooruitgang laat boeken.”

Meer informatie kan gevonden worden op .de