Betaalbare robot-extrudeerder ontgrendelt grootschalige 3D-print van composieten

CEAD (Delft, Nederland) heeft het CFAM Prime-systeem gecommercialiseerd voor grootschalige 3D-print van composieten, met een gepatenteerde printkop die thermoplasten kan versterken met zowel continue als korte vezels in hetzelfde onderdeel. Terwijl het Nederlandse composietbedrijf Poly Products (Werkendam, Nederland) in het artikel "Denk groot, print groter" in het huidige nummer van Kunststof Magazine uitlegt waarom het in dit systeem investeerde, erkent CEAD dat andere bedrijven een andere aanpak nodig hebben.

"We zien dat de vraag naar grootschalige 3D-print groeit," legt CEAD-zaakontwikkelingshoofd Charléne van Wingerden uit. "Maar niet elk bedrijf heeft de ruimte voor een grote installatie als ons CFAM-systeem vanwege de voetafdruk van 8 bij 4 bij 4,5 meter. Omdat veel bedrijven al over robotarmen of portaalsystemen beschikken (bijv. CNC-bewerking), heeft CEAD een losstaande extrudeerder ontwikkeld die in dergelijke systemen geïntegreerd kan worden, wat een lagere-investering oplossing biedt om de mogelijkheden binnen additieve manufacturing te verkennen."

"We bouwden vormstukken met CNC-gefrezen polyurethaan schuim en handmatige GRP (glasvezelversterkte kunststof) opbouw, maar die aanpak omvatte te veel arbeid en afval," legt György Juhász, eigenaar van Rapid Prototyping (Boedapest, Hongarije), die in december een CEAD Robot Extruder kocht, uit. "We printen nu 3D-vormstukken met 30% korte glasvezel-versterkt polypropyleen en halveren onze arbeidstijd."

De CEAD Robot Extruder is ontworpen als een lichtgewicht oplossing met een hoge output voor grootschalige 3D-print van composieten. Dit systeem wordt geleverd met alles wat nodig is voor 3D-printen: de Robot Extruder, Siemens PLC-gebaseerde controle, materiaalopslag, materiaaltransport, waterkoeling en een makkelijk te monteren extrudeerbeugel.

Hoog gevulde polymeren en scala aan thermoplasten

De CEAD Robot Extruder is een op maat ontworpen, hoge-temperatuur systeem gewijd aan 3D-printen. Met vier verwarmingszones smelt de extrudeerder geleidelijk nette of versterkte thermoplastische pellets. Het wordt aangedreven door een Siemens servomotor en een planetaire tandwielkast voor de hogere koppels die nodig zijn om bepaalde materialen te verwerken. De Robot Extruder is ontworpen om standaard temperaturen van 330°C te halen of tot 400°C voor de hoge-temperatuurversie, wat het mogelijk maakt om een breed scala aan vezelversterkte thermoplastische materialen te extruderen – zelfs PEEK (polyetheretherketon).

De upgrade naar een 1-kilowatt servomotor geeft een standaard koppel van 63 Nm en een piekkoppel van 144 Nm, nuttig voor het printen van moeilijke en zware materialen met hoge output. Het gebruik van engineering-grade materialen kan een extrudeerder tot zijn maximum drijven, bijvoorbeeld Arnite 50% glasvezel-versterkt PET (polyethyleentereftalaat) en koolstofgevulde PESU (polyethersulfon). Hoewel de standaard servomotor in staat is om deze materialen te verwerken, geeft de upgrade iets meer output, indien nodig.

Materiaalopslag en -transport

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

Omdat de Robot Extruder als compleet pakket wordt geleverd, is de materiaaltransporteenheid inbegrepen. Er is veel onderzoek gedaan in het ontwikkelen van een betrouwbaar materiaaltransportsysteem, omdat het cruciaal is voor printen gedurende lange periodes zonder toezicht of bij printen met dure engineering-grade materialen. "We vinden het onacceptabel om een printfout te hebben omdat het transportsysteem faalde," zegt Wingerden. "CEAD is uniek in het feit dat de transporteenheid een standaardcomponent is die meegeleverd wordt met de extrudeerder."

Eenvoudige integratie en controle

Het hele systeem wordt bediend via een Siemens-touchscreen, waarop CEAD-software draait, specifiek 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 interageert met het Siemens-bedieningspaneel, dat verbonden kan worden met het robot- of portaalsysteem. De Robot Extruder wordt gecontroleerd door slechts twee signalen – analog 0-10 volt en digitaal 0-24 volt gelijkstroom (dc) – wat een robuust systeem biedt voor de robotarm of portaal om de extrudeerder te sturen. Onlangs introduceerde CEAD besturing van de Robot Extruder via Profinet, wat geavanceerdere integratieopties toestaat.

Een maatbeugel is ook inbegrepen, die slechts een paar bouten vereist om de Robot Extruder op een robotarm of portaal te monteren.

Ancillaire systemen

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