DLR meluncurkan EmpowerAX untuk mengindustrialisasi pencetakan 3D serat berkelanjutan

German Aerospace Center (DLR) memimpin inovasi dalam segala hal mulai dari kendaraan peluncuran luar angkasa dan pesawat terbang, hingga teknologi digital dan mobilitas generasi berikutnya. Dalam komposit, ia telah mengembangkan berbagai teknologi mulai dari pengelasan komposit termoplastik dan infus resin cair pada aerostruktur utama hingga sistem produksi cerdas Komposit 4.0, dan masih banyak lagi.

Sekarang, Institut Struktur Komposit dan Sistem Adaptif DLR (Braunschweig, Jerman) bertujuan untuk membantu mengindustrialisasi pencetakan 3D dari komposit serat kontinu dengan membangun platform global yang berorientasi pada permintaan, beragam industri, untuk pengguna teknologi dan penyedia Ekstrusi Aditif yang disebut EmpowerAX.

DLR membahas EmpowerAX di ITHEC 2020, dan saya menindaklanjutinya dengan Xenia Stumpf dan Maik Titze di DLR. Di sini, saya membagikan apa yang telah saya pelajari.

Konsep untuk integrasi serat langsung dalam pencetakan 3D komposit. Sumber informasi:Alexander Matschinski, Virtual Symposium on AFP and AM, TU Munich, Chair of Carbon Composites (LCC), Sep. 2020. Kredit Foto:“Pencetakan 3D dengan serat kontinu:Pemandangan”, CW Oktober 2020.

Mengapa ekstrusi aditif?

“Kami sedang mengembangkan teknologi impregnasi serat dengan termoplastik untuk produksi industri yang lebih hemat biaya,” jelas Maik Titze, yang bertanggung jawab untuk manufaktur aditif di DLR Institute of Composite Structures and Adaptive Systems di Braunschweig. “Ini termasuk merancang kepala cetak industri kami sendiri dan mengembangkan metode untuk analisis dan pengujian bahan dan proses.” Dia mencatat bahwa ekstrusi aditif menggunakan serat kontinu tidak hanya menawarkan peningkatan kekuatan dan kekakuan tetapi juga kemungkinan untuk mengintegrasikan fungsi penginderaan dan listrik. Ekstrusi aditif menggabungkan termoplastik dan serat kontinu untuk menciptakan struktur multifungsi yang menghindari biaya perkakas yang tinggi, meningkatkan efisiensi produksi, dan memungkinkan desain baru.

“Manufaktur aditif tidak akan menggantikan semua proses komposit konvensional,” Titze mengakui, “tetapi dapat dikombinasikan dengan proses seperti penempatan serat otomatis (AFP) atau penggulungan filamen, misalnya, untuk memberikan solusi dan nilai baru. Karena kami hanya bekerja dengan pencetakan 3D serat berkelanjutan, EmpowerAX benar-benar fokus, yang memungkinkan kami mencapai hasil tingkat tinggi. Namun dalam ekstrusi aditif, EmpowerAX adalah teknologi netral. Kami tidak akan mendorong teknologi tertentu.”

Platform global yang beragam

“Saat ini, sulit untuk memahami teknologi mana yang cocok untuk aplikasi Anda dan apa yang perlu dilakukan untuk menyesuaikannya dengan lingkungan dan aplikasi industri Anda,” Titze melanjutkan. “Tujuan kami adalah untuk melihat spektrum dari apa yang tersedia, termasuk penyedia dan pengguna, dan menyiapkan platform yang terdiversifikasi yang mencakup sektor pasar, termasuk kedirgantaraan, otomotif, medis, dan industri, misalnya. Platform ini, EmpowerAX, kemudian memberikan kemampuan untuk melakukan penilaian teknologi netral, dan kami akan bekerja sama dengan industri untuk mengembangkan langkah-langkah standarisasi dan kualifikasi untuk membantu meningkatkan kemudahan penggunaan teknologi tersebut. Idenya bukan untuk mengembangkan norma baru dengan penyedia dan pengguna teknologi, tetapi untuk menyepakati bagaimana melakukan penilaian teknologi dan indikator kinerja mana yang digunakan.”

Keanggotaan EmpowerAX bersifat sukarela dan bersifat global. Bahasa Inggris adalah bahasa yang digunakan untuk bekerja. Ada lebih dari 30 anggota, saat ini, yang terdiri dari penyedia teknologi dan pengguna teknologi besar. “Kami didanai secara internal hingga 6 karyawan per tahun,” kata Titze. “Mereka akan mendukung pekerjaan yang diperlukan untuk mempertahankan platform global ini. Anggota kami telah setuju untuk berkolaborasi dengan dasar bahwa kami tidak akan berbagi informasi dengan publik tetapi hanya dengan anggota EmpowerAX. Keanggotaan saat ini gratis, tetapi saat ini kami hanya menerima organisasi yang sudah terlibat dengan ekstrusi aditif serat kontinu. Setelah Mei 2021, kami akan membuka keanggotaan lebih lanjut.” Satu-satunya persyaratan lain, katanya, adalah bahwa “Anda harus bersedia berbagi informasi dan berkontribusi. Anda tidak bisa mengambil begitu saja. Tidak ada keanggotaan pasif.”

Tahap penyaringan teknologi

Idenya, kata Titze, tidak hanya untuk mentransfer teknologi ke industri yang sudah menggunakan komposit, tetapi juga menggunakan EmpowerAX sebagai enabler untuk memperbesar pasar dan aplikasi komposit. “Misalnya,” katanya, “dalam industri medis, persyaratan khusus apa yang harus dipenuhi? Apa yang perlu dilakukan untuk memenuhi ini? Bagaimana Anda dapat memastikan kualitas yang Anda butuhkan dan bagaimana hal ini dapat dicapai untuk lingkungan produksi industri?”

Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, EmpowerAX mengusulkan pendekatan bertahap seperti yang ditunjukkan pada diagram di atas. “Tahap pertama adalah penyaringan teknologi,” kata Titze. “Jika Anda, sebagai calon pengguna, ingin melihat apakah suatu teknologi akan bekerja untuk aplikasi Anda, maka kami akan melihat hal-hal seperti batasan geometris, volume produksi, dan persyaratan integrasi suku cadang/fungsi, dll. Kami setuju dengan semua anggota pada daftar preset kira-kira 15 parameter, seperti kekuatan dan kekakuan spesifik, dan kemudian mengidentifikasi kecocokan teknologi yang berbeda, tergantung pada apa yang dibutuhkan aplikasi Anda. Oleh karena itu, kami bekerja sama dengan penyedia material/teknologi untuk mendapatkan data parameter standar dan menilainya terlebih dahulu. Kami kemudian bekerja dengan lembar data dari penyedia bahan/teknologi untuk mendapatkan data parameter standar. Jadi, misalnya, dari 10 solusi yang tersedia, selama tahap pertama ini, Anda dapat memilih mungkin tiga, lalu mulai mengevaluasi data untuk membandingkannya.”

Mengevaluasi persyaratan khusus adalah tahap selanjutnya. Misalnya, jika aplikasi ini di interior rel atau pesawat terbang, maka parameter on fire, smoke and toxic (FST) akan dibutuhkan. “Setelah ini,” kata Titze, “kami akan menentukan apakah penyesuaian diperlukan untuk membuat setiap teknologi berfungsi untuk aplikasi Anda dan menentukan upaya yang diperlukan.”

Tujuannya adalah untuk memberikan kuantifikasi tentang bagaimana teknologi finalis untuk aplikasi tertentu diukur dalam hal kelayakan teknologi dan berapa banyak pekerjaan/waktu/biaya yang diperlukan untuk mentransfer teknologi untuk keperluan industri. “Setelah melalui tahapan evaluasi ini, Anda akan mudah memahami langkah-langkah mana yang diperlukan untuk memungkinkan setiap teknologi untuk aplikasi Anda,” Titze menjelaskan. “Untuk penyedia teknologi, ini mengarah pada transfer teknologi yang lebih cepat ke pasar baru dan mengurangi investasi dan usaha mereka. Ini juga mengidentifikasi kasus bisnis nyata yang sangat cocok untuk teknologi mereka, di mana mereka memiliki kekuatan.”

Standarisasi dan kualifikasi

Bagian penting lainnya dari visi EmpowerAX adalah membantu teknologi ekstrusi aditif yang matang melalui standarisasi dan kualifikasi. “Kami telah mempelajari standar apa yang ada di luar sana dan mana yang dapat bekerja untuk teknologi ini, misalnya dalam ASTM, ISO, dan VDI (standar pemerintah Jerman),” kata Titze (lihat gambar animasi di atas). “Jadi, ini melihat tes standar, apa yang berhasil, apa yang tidak dan modifikasi apa yang diperlukan. Ini adalah pekerjaan yang sebagian besar perusahaan ingin hindari karena membosankan, memakan waktu, dan mahal. Jauh lebih baik bagi industri jika semua orang tidak meniru upaya ini. Oleh karena itu, tujuan kami adalah membantu mencapai standar yang lebih cepat untuk peningkatan kedewasaan, tetapi dengan serangkaian masukan yang luas dari industri dan transparansi ke industri."

“Juga, jika Anda menggabungkan teknologi ekstrusi aditif tertentu dengan langkah proses lainnya, Anda perlu mengintegrasikannya dan menerapkan standar jaminan kualitas,” kata Titze. “Ini termasuk pengujian tak rusak (NDT), sensor dan perangkat lunak. Kami sudah mulai dengan menyusun katalog kemungkinan cacat dan penyimpangan proses. Bagaimana Anda bisa menghindari dan mendeteksi ini? Apa yang dapat Anda lakukan untuk memulihkan jika hal itu terjadi? Kami kemudian dapat mulai mengumpulkan database kemungkinan NDT dan memproses opsi pemantauan.”

Garis Waktu untuk EmpowerAX

“Tujuan pertama kami adalah menyediakan kerangka kerja untuk apa yang tersedia secara industri saat ini,” kata Titze. “Kami belum mencoba untuk lebih membuka spektrum sistem, tetapi ingin menunjukkan apa yang ada dan bagaimana teknologi ini dapat digunakan. Kami percaya beberapa perbaikan akan datang hanya melalui pengujian dan evaluasi yang sistematis. Kami juga melihat manfaat dari kemampuan untuk menampilkan apa yang mungkin dengan teknologi saat ini. Selain itu, dengan mengidentifikasi hambatan, kita dapat berdiskusi tentang cara mengatasinya, yang memberikan peningkatan lebih lanjut dan pematangan teknologi.”

“Kami melihat ekstrusi aditif sebagai jalur yang berpotensi lebih mudah bagi perusahaan yang baru mengenal komposit dibandingkan menggunakan proses yang melibatkan autoklaf atau infus resin,” catat Titze. “Kami juga melihatnya sebagai hasil yang lebih baik untuk industri. EmpowerAX juga tentang melihat aplikasi industri dan mengatasi hambatan yang telah mencegah penggunaan komposit ekstrusi aditif hingga saat ini. Misalnya, kekurangan saat ini termasuk pengulangan proses dan stabilitas. Teknologi telah didorong ke pasar dengan relatif cepat, sehingga ada area yang belum pada tingkat kematangan untuk digunakan secara luas. Jadi, itulah yang kami lakukan. Kami bertujuan untuk menunjukkan apa yang dapat dilakukan dan apa yang perlu dilakukan dan kemudian bekerja secara kolaboratif untuk menyelesaikan pekerjaan itu, memajukan baik teknologi maupun penggunaan akhir yang sukses di industri.”

Informasi lebih lanjut dapat ditemukan di .de