AM-gefertigte Dorne bieten Verbundwerkstoffherstellern neue Möglichkeiten

Jun 12, 2023

Die additive Fertigung (AM) hat im Vergleich zu herkömmlichen Produktionsverfahren die Fähigkeit, industrielle Prozesse zu revolutionieren und die Erzielung innovativer, kostengünstiger und schneller Ergebnisse zu ermöglichen. Zeitgleich mit der rasant steigenden Nachfrage nach Produkten aus Verbundwerkstoffen – die von Natur aus stärker, leichter und umweltfreundlicher als herkömmliche Materialien sind – wird AM heute die Verbundwerkstoffproduktion in der Verteidigungs-, Luft- und Raumfahrtindustrie und weiteren Branchen revolutionieren. In diesen Bereichen kann es (unter anderem) zur Herstellung von Dornen für Kanäle und Entlüftungsöffnungen für Luft-, Flüssigkeits- und Energiemanagementanwendungen verwendet werden.

Dorne sind ein unverzichtbares Werkzeug bei der Herstellung hohler Verbundteile und Komponenten. Während des Herstellungsprozesses wird der Dorn in das Ende eines Rohrs oder Rohrs eingeführt und an Ort und Stelle gehalten, während das Objekt um ihn herum geformt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass das fertige Produkt seine Form und Größe behält.

Der gebräuchlichste Dorntyp besteht traditionell aus Stahl, es können jedoch auch Aluminium und andere Metalle verwendet werden. Solche Dorne können jedoch nur begrenzte Einsatzmöglichkeiten haben und teuer sein. In diesem Artikel wird Ingenieuren aus allen relevanten Industriezweigen erläutert, wie ihre Fertigungsprozesse durch den Einsatz von AM zur Herstellung von Dornen als Opferwerkzeuge für die Verbundwerkstofffertigung vereinfacht und optimiert werden können.

Verbundwerkstoffe, die in vielen Fertigungsbereichen häufig verwendet werden, sind Materialien, die aus zwei oder mehr unterschiedlichen Komponenten bestehen. Diese Komponenten können je nach Anwendung eine Kombination aus Metallen, Polymeren, Keramiken, Fasern und verschiedenen anderen Stoffen sein. Verbundwerkstoffe werden in einer Vielzahl industrieller Anwendungen eingesetzt, da sie gegenüber herkömmlichen Materialien eine Reihe von Vorteilen bieten, wie z. B. die Tatsache, dass sie leicht sind, was zu einer geringeren Kraftstoffeffizienz führt, und eine erhöhte Festigkeit, erhöhte Stabilität, eine erhöhte Verschleißfestigkeit und eine höhere Festigkeit aufweisen Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse und Umweltschäden.

Verbundwerkstoffe lassen sich auch leichter herstellen und in komplexe Formen formen als solche aus Metall, Kunststoff und Keramik. Durch die Kombination verschiedener Materialtypen können Ingenieure Materialien schaffen, die spezifische Anforderungen erfüllen und vielen Branchen dauerhafte Dienste leisten. Angesichts der wachsenden Nachfrage nach Verbundwerkstoffen ist klar, dass diese vielseitigen Materialien auch in den kommenden Jahren eine wichtige Rolle in der Industrie spielen werden.

Konventionelle vs. AM-Dornproduktion

Traditionelle Methoden zur Herstellung von Dornen gibt es schon seit Jahrhunderten und sie werden auch heute noch verwendet. Es gibt drei traditionelle Methoden zur Herstellung von Dornen: Gießen, Schmieden und maschinelle Bearbeitung.

Gießen ist die gebräuchlichste Methode zur Herstellung von Industriedornen. Bei diesem Verfahren wird geschmolzenes Metall in eine Form gegossen, die die Form des gewünschten Dorns hat. Das Metall kühlt ab und härtet aus, und der Dorn wird dann aus der Form entfernt. Beim Schmieden wird ein Stück Metall erhitzt, bis es formbar ist, und dann mit Hämmern und anderen Werkzeugen in den gewünschten Dorn geformt. Beim Bearbeitungsprozess wird ein Metallstück mithilfe von Drehmaschinen, Fräsmaschinen oder anderen Werkzeugmaschinen in die gewünschte Form geschnitten oder gefräst.

Der Einsatz herkömmlicher Dornproduktionstechnologien weist eine Reihe von inhärenten Nachteilen auf. Der wichtigste davon ist, dass sie oft zeitaufwändig und arbeitsintensiv sind, häufig viel Abfallmaterial erzeugen und der Umfang der erreichbaren geometrischen Komplexität begrenzt ist .

Mit AM können Dorne mit komplexen Geometrien hergestellt werden, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer oder gar nicht herzustellen wären. AM bietet einen flexibleren Ansatz, mit dem Dorne mit komplizierten Designs und internen Merkmalen extrem schnell hergestellt werden können, ohne dass teure Schneidwerkzeuge erforderlich sind. Auch bei komplexen Geometrien, Überhängen etc. ist bei herkömmlichen Dornfertigungsmethoden die Herstellung mehrerer Teile erforderlich, da sonst eine Entnahme des Dornkerns nicht möglich wäre. Die Herstellung mehrerer Teile verursacht zusätzliche Kosten, ist zeitaufwändig und birgt die Möglichkeit von Fehlern und Nacharbeiten.

Zu den Vorteilen der AM-Herstellung von Dornen gehören niedrigere Werkzeugkosten, kürzere Vorlaufzeiten und eine größere Flexibilität beim Design. Additiv gefertigte Dorne können schnell und einfach aus einer digitalen Datei hergestellt werden und eignen sich daher ideal für Kleinserien oder einmalige Produktionsläufe. Darüber hinaus bieten sie Designern im Vergleich zu herkömmlichen Techniken eine größere Freiheit in Bezug auf Form und Geometrie.

Die Massivit-Lösung

Massives 3D hat ein proprietäres Druckverfahren zur Herstellung starker und langlebiger Dorne entwickelt. Dies stellt eine hochinnovative Lösung für die Herstellung von Verbundwerkstoffteilen dar, die erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Fertigungsmethoden bietet und die Herstellung hochwertiger Verbundwerkstoffteile mit kürzeren Vorlaufzeiten und geringeren Kosten ermöglicht.

Einer der Hauptvorteile der additiven Fertigung zur Herstellung von Dornen besteht, wie gerade erwähnt, darin, dass wesentlich komplexere Designs möglich sind als bei herkömmlichen Bearbeitungsmethoden. Mit AM gibt es keine Einschränkungen hinsichtlich der herstellbaren geometrischen Formen, was bedeutet, dass Dorne mit sehr komplizierten Designs hergestellt werden können. Dies eröffnet völlig neue Möglichkeiten für Dornkonstruktionen und ermöglicht eine maßgeschneiderte Anpassung an die spezifischen Anforderungen einer bestimmten Anwendung.

Mit der steigenden Nachfrage nach Verbundwerkstoffteilen steigt auch der Bedarf an effizienteren und kostengünstigeren Produktionslösungen.Massivit Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat das Unternehmen das System Massivit 10000 AM entwickelt. Die Maschine nutzt die Cast In Motion (CIM)-Technologie in Kombination mit der patentierten Gel Dispensing Printing (GDP)-Methode von Massivit 3D. Es ermöglicht das direkte Gießen der Form in eine 3D-gedruckte Opferschale. Um dies zu erreichen, verwendet der Massivit 10000 ein Doppelkopfsystem, ultraschnelle patentierte Technologie und für die Dorne wasserzerbrechliches Material, das im Wasser zerbröckelt. All dies ermöglicht es Herstellern, komplexe Dorne innerhalb weniger Stunden statt Wochen herzustellen.

Das wasserzerbrechliche Material von Massivit ist perfekt für die Herstellung von Dornen geeignet. Eines der bemerkenswertesten Merkmale des Materials ist natürlich, dass es im Wasser zerbröckelt. Dadurch kann der Dorn nach der Produktion leicht vom Endprodukt entfernt werden. Das Material ist außerdem leicht (was die Handhabung und den Transport während des Produktionsprozesses erleichtert); robust und langlebig (so dass es für eine Vielzahl von Dornanwendungen verwendet werden kann); umweltfreundlich (Minimierung des Abfalls im Vergleich zu subtraktiven Methoden und Minimierung der Notwendigkeit einer umfangreichen Materiallagerung); und schnell, mit Dornen, die innerhalb weniger Stunden gedruckt werden.

Fallstudie

Um die disruptive Natur des zu veranschaulichenMassivit 3D-Ansatz zur Herstellung von Dornen Diese Fallstudie befasst sich mit den Prozessschritten bei der Herstellung eines Dorns für das Unternehmen Kanfit, das die Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrtbranche beliefert. Der in Auftrag gegebene Dorn musste aus dem wasserzerbrechlichen Material von Massivit gedruckt werden und die Außenfläche der gedruckten Form musste sehr glatt sein.

Erste, Es wurde ein CAD-Modell des Dorns mit den Abmessungen X 381 mm, Y 191 mm und Z 567 mm erstellt. Um es optimal an die 3D-Drucktechnologie von Massivit anzupassen, wurde der Flanschbereich des Modells für eine bessere Layup-Herstellung digital erweitert und die Wand der Form wurde mit drei Druckkonturen mit einer Endbreite von 5,4 mm gestaltet, um den Vakuumdrücken standzuhalten die Herstellungsphase. Aus der fertigen CAD-Datei wurde der G-Code des Dorns mit der Massivit Smart Slicer-Software erstellt. Der Druck war auf minimalen Zeit- und Materialaufwand ausgelegt und dauerte insgesamt nur 8 Stunden. Der Dorn wurde aus dem wasserzerbrechlichen Fotopolymermaterial DIM WB von Massivit hergestellt.

Anschließend wurde das Teil nachbearbeitet. Die Oberfläche wurde mit Sandpapier abgeschliffen und eine Schicht Epoxidharz aufgetragen, um die Oberfläche des Dorns luftdicht zu machen.

Für die Layup-Phase wurde der Dorn auf einer rotierenden Vorrichtung montiert, um das Aufbringen von Epoxid- und Kohlefaserplatten (insgesamt 6) um das Werkzeug herum zu ermöglichen. Sobald die Form mit Kohlefaser beschichtet war, trat sie in den Vakuumprozess ein, wo sie drei Stunden lang unter Vakuumdruck blieb. Anschließend wurde es entfernt und vor der endgültigen Aushärtung 24 Stunden lang ruhen gelassen.

Die fertige Form wurde 24 Stunden lang in klares Wasser gelegt und alle Reste des wasserzerbrechlichen Materials wurden von der Haut entfernt. Anschließend wurde der Dorn zugeschnitten und vor der Freigabe in der Qualitätskontrollabteilung validiert.

Die Verwendung von AM zur Herstellung des Dorns, um den herum Verbundteile in solchen Anwendungen hergestellt werden, führt zu einer Vereinfachung und Rationalisierung des Prozesses der Verbundwerkstoffproduktion im Vergleich zur herkömmlichen Dornproduktion.

Zusammenfassung

Mit AM hergestellte Dorne haben das Potenzial, die Art und Weise, wie Verbundteile und Komponenten hergestellt werden, zu revolutionieren. Mit AM hergestellte Dorne bieten gegenüber herkömmlich hergestellten Dornen mehrere Vorteile. Sie sind leichter, präziser und können leicht an die spezifischen Anforderungen jedes Teils angepasst werden. Dies führt zu schnelleren Produktionszeiten und einer Reduzierung des Ausschusses. Darüber hinaus können mit AM hergestellte Dorne aus fortschrittlichen Materialien wie dem wasserzerbrechlichen Material von Massivit hergestellt werden, was die Entfernung vereinfacht.

Dies ermöglicht die Herstellung hochwertigerer und zuverlässigerer Verbundteile. Die Zukunft der Herstellung von Verbundwerkstoffen ist mit dem Aufkommen additiv gefertigter Dorne rosig, und diese Technologie sowie der 10000 von Massivit sind bereit, die Branche zu revolutionieren.

Massivit