Desktop Metal Meluncurkan Printer 3D Desktop Serat Berkelanjutan untuk Insinyur

Fetfatsidis, sekarang vice president produk komposit untuk Desktop Metal, menjelaskan inspirasi untuk memulai Make. "Berdasarkan pengalaman saya dalam R&D komosit dan juga dalam pengembangan bisnis aerostructure berurusan dengan pelanggan, saya dapat melihat dan bekerja dengan apa yang tersedia dan berbagai teknologi manufaktur yang tersedia, dan jujur sedikit frustrasi dengan layup tangan yang masih menjadi state-of-the-art, terutama untuk bagian yang lebih kecil," katanya.

Ia berpendapat bahwa untuk bagian kecil — kurang dari 20 pound — produsen masih terutama bergantung pada layup tangan. Proses yang intensif tenaga kerja seperti ini memerlukan teknisi, tooling yang mahal dan banyak waktu, semuanya yang meningkatkan biaya keseluruhan manufaktur sebuah bagian.

"Selama karir saya ada begitu banyak aplikasi di mana kami ingin menggunakan serat karbon — terutama di Aurora saat bekerja pada konsep eVTOL — untuk properti ringan, kekakuan dan kekuatannya, tetapi biaya tidak sesuai," ujar Fetfatsidis. "Saya berpikir pada diri sendiri, harus ada cara yang lebih baik untuk mengotomatisasi, mengurangi jumlah langkah proses yang terlibat dalam manufaktur tradisional, mengurangi tooling dan mengurangi waktu siklus — semua biaya yang terkait dengannya."

Meskipun telah dilakukan upaya untuk mengotomatisasi manufaktur bagian komposit kecil, properti jarang mencapai kualitas yang biasa diterima pengguna industri dengan layup tangan, dan tentu tidak dalam proses desktop. Dalam sebagian besar cetak 3D komposit saat ini, resinar sering kali tidak sama dengan yang digunakan dalam proses tradisional, dan banyak printer menggunakan bahan milik yang tidak menawarkan performa tinggi yang sama dengan bahan yang disertifikasi, yang mengarah pada non-uniformitas dan variabilitas kualitas. Hasil bagian biasanya memiliki konten serat yang lebih rendah dan porositas yang lebih tinggi dibandingkan bagian yang diproduksi dengan tangan.

"Sebenarnya tidak ada solusi end-to-end untuk melakukan ini pada tingkat desktop dengan bahan yang orang-orang biasa menggunakan, sampai sekarang," ujar Fulop. "Kami menggabungkan manfaat cetak 3D dengan bahan serat berkelanjutan yang disertifikasi untuk aplikasi berkinerja tinggi."

Fixture CNC: Dengan mencetak 3D fixture CNC ini sebagai komposit serat berkelanjutan pada sistem Fiber, bagian dapat dibuat sangat kaku, memungkinkan borong kunci untuk dipegang dengan erat sementara operasi pemesinan dilakukan. Tape serat karbon dapat diletakkan selektif untuk menambahkan kekakuan pada bagian fixture yang mengalami beban tertinggi. Fixture pemesinan sering harus menahan suhu ekstrim dan menggunakan PEEK terkuat serat karbon memastikan stabilitas pada suhu tinggi. Dengan mencetak 3D pada sistem Fiber baru, insinyur bengkel mesin akan dapat menggunakan desain fixture yang dioptimalkan yang sebaliknya akan terlalu memakan waktu dan mahal untuk diproses. Sumber | Desktop Metal

Berdasarkan tape

Printer desktop baru Desktop Metal menggunakan teknologi automated fiber placement (AFP) untuk menghasilkan bagian komposit termoplastik terkuat serat berkualitas tinggi. Teknologi ini memanfaatkan baris manufaktur yang sama yang membuat tape prepreg komersial, sehingga menembus rantai pasok yang ada dan mengambil keuntungan dari pertumbuhan yang sudah terjadi di pasar tape unidirectional (UD). Esensinya, teknologi ini mengambil AFP dan menskalakan ke bawah untuk printer desktop. Faktanya, perusahaan mendapatkan nama proyek aslinya dari Micro AFP Kinematic Extrusion system (Make).

Printer, yang disebut perusahaan Fiber, dirancang sebagai sistem pergantian alat modular untuk digunakan di lingkungan kantor atau lantai produksi dan mampu memberikan jig, penguat, alat dan fixture manufaktur kelas industri, serta bagian akhir penggunaan. Operator dapat menggunakan head Micro AFP untuk meletakkan bahan dan kemudian memarkir dan beralih ke head fused filament fabrication (FFF) sesuai kebutuhan.

"Untuk pertama kalinya, printer Fiber menggabungkan properti bahan serat berkelanjutan AFP berkinerja tinggi dengan keterjangkauan dan kecepatan printer 3D desktop," ujar Fulop.

Teknologi ini menggunakan tape UD yang sama yang disertifikasi untuk aplikasi berkinerja tinggi. Meskipun printer mampu memproses tape UD dengan berbagai sistem serat dan matriks termoplastik, bahan yang awalnya tersedia untuk sistem akan meliputi poliamida 6 (PA6) dengan penguatan serat karbon dan serat kaca, serta polyetheretherketone (PEEK) dan polyetherketonketone (PEKK) dengan penguatan serat karbon. Tape, yang ditawarkan dalam format lebar 3 milimeter, biasanya memiliki serat tow 12K dan digulung pada gulungan milik. Tow tunggal lebar 3 milimeter diumpankan melalui head sampai mencapai daerah nip, di mana pemanas non-kontak memanaskan suhu termoplastik di atas suhu lelehnya, dan roller kompak memberikan tekanan untuk konsolidasi tape masuk ke substrat di bawahnya. Pemotong di head memotong tape di akhir setiap lusin. Menurut Fetfatsidis, tape menawarkan solusi yang berkualitas lebih tinggi tetapi lebih dari 10 kali lebih murah per liter dibandingkan gulungan filament 1K tow yang digunakan dalam beberapa printer 3D berbasis ekstrusi yang menggunakan serat berkelanjutan. Selain itu, kualitas yang lebih tinggi dari tape digabungkan dengan kemampuan untuk memberikan tekanan pada bagian melalui proses AFP menerjemahkan ke kekuatan yang lebih tinggi.

"Kami memiliki tape berkualitas sangat tinggi yang digunakan dalam proses AFP/ATL yang memiliki muatan volume serat yang sangat tinggi — 60% serat karbon — dan kami menggabungkannya dengan matriks suhu tinggi PEEK atau PEKK," ujar Fetfatsidis.

Camera Mount. Sistem Fiber memungkinkan bagian, seperti camera mount ini, untuk dibuat lebih kaku dan lebih ringan dibandingkan jika dicetak dengan bahan lain. Waktu cetak yang cepat dan biaya bahan yang rendah memungkinkan desainer untuk berulang pada desain dengan cepat untuk mencapai bagian optimal. Sumber | Desktop Metal

Dikatakan bagian yang dibuat dengan sistem Fiber lebih kuat dari baja, lebih ringan dari aluminium dan dapat dicetak pada desktop. Fiber memiliki volume bangun 320 x 240 x 270 milimeter (12,6 x 9,4 x 10,6 inci). Manfaat meliputi penguatan serat berkelanjutan di seluruh bagian dan porositas yang sangat rendah. Fetfatsidis mengatakan bagian yang dibuat dengan tape PA6 dapat memiliki porositas kurang dari 5% dan tape PEEK/PEKK dapat menghasilkan bagian dengan porositas kurang dari 1%. Operator memiliki kemampuan untuk mengarah tow untuk mencapai bentuk kompleks atau kondisi beban tertentu. Dan karena resin adalah termoplastik, kebutuhan autoclave curing dihilangkan, serta kebutuhan untuk menyimpan bahan di freezer.

"Ini adalah produk pertama di dunia cetak 3D yang menggabungkan serat karbon berkelanjutan dengan PEEK dan PEKK dalam desktop," ujar Fulop.

Shroud load holder. Shroud load holders digunakan untuk menempatkan komponen metal injection molded (MIM) sehingga end effector robotik dapat mengambil bagian sebelum dimensi kritis diproses. Fixture ini mengalami aus yang besar karena terus-menerus dikeluarkan dan dimasukkan ke dalam fixture. Mencetak 3D shroud load holder pada sistem Fiber memungkinkan insinyur bengkel mesin untuk mengurangi waktu produksi fixture dari minggu menjadi jam — sambil mengurangi biaya fabrikasi sebesar 95%. Sumber | Desktop Metal

Terjangkau bagi semua

Meskipun solusi Desktop Metal memiliki beberapa manfaat termasuk kemampuan untuk membuat bagian akhir penggunaan dan penggunaan termoplastik, salah satu aspek paling menarik dari sistem Fiber adalah keterjangkauan. Sebagian besar sistem yang menggunakan tape termoplastik serat berkelanjutan untuk manufaktur otomatis bagian komposit adalah sistem bernilai jutaan dolar. Sistem Fiber Desktop Metal tersedia dalam dua model melalui layanan langganan. Fiber HT dirancang untuk memproduksi bagian dengan komposit berkelanjutan dengan <1% porositas dan hingga 60% muatan serat berkelanjutan dengan matriks canggih, termasuk PEEK dan PEKK. Ini dapat membuat bagian tahan api UL 94-V0 untuk menahan suhu tinggi hingga 250°C, besides bagian yang mematuhi ESD. Model Fiber HT dimulai dari harga perkenalan $5.495 per tahun. Sementara itu, Fiber LT dimulai dari $3.495 per tahun, menawarkan cara terjangkau untuk memproduksi bagian ESD compliant, non-marring berkuat tinggi menggunakan serat berkelanjutan dengan <5% porositas dengan termoplastik PA6.

ESD end effector. End effectors digunakan selama proses manufaktur papan rangkaian cetak (PCB). Bagian ini dibuat dengan PA6 terkuat serat karbon yang aman terhadap pengasupan elektrostatis (ESD) sistem Fiber, untuk melindungi PCB dari pengasupan elektrostatis yang merusak selama proses perakitan. Dicetak sebagai komposit serat karbon berkelanjutan, end effector ini sangat kaku, ringan dan mampu menahan beban proses perakitan PCB. Sumber | Desktop Metal

"Kami ingin orang dapat membeli sistem, menempatkannya di desktop di rumah atau kantor dan membuat bagian PEEK dengan serat berkelanjutan," ujar Fetfatsidis.

"Dengan beberapa ribu dolar Anda dapat mulai membuat bagian komposit berkinerja tinggi yang terbuat dari teknologi tape yang sama yang sekarang digunakan dalam bagian yang diproduksi AFP yang benar-benar high-end," tambah Fulop.

Seiring dengan peran cetak 3D dalam manufaktur terus berkembang, desainer dan insinyur membutuhkan solusi yang memungkinkan berbagai bahan untuk diakses. Sistem Fiber adalah langkah besar menuju memastikan bahan komposit berkinerja tinggi berada dalam jangkauan siapa pun yang ingin mengambil keuntungan dari kekuatan, kekakuan dan berat ringan yang ditawarkan komposit. Desktop Metal akan memamerkan sistem cetak 3D desktop serat berkelanjutan Fiber-nya di pameran dan konferensi manufaktur aditif Formnext 2019, 19-22 November di Frankfurt, Jerman.