Composite Startup stellt eine Faserverarbeitungstechnologie für 3D-Druck-Hochleistungsteile vor

Im Jahr 2016 entstand das preisgekrönte Atropos-3D-Druck-Forschungsprojekt zum 3D-Druck von wärmehärtenden Endlosfaserverbundwerkstoffen. Dieses entwickelte sich aus einer Zusammenarbeit zwischen KUKA, Owens Corning, und + Lab, die von Professor Marinella Levi von der Politecnico di Milano geleitet wird. Die einzigartige, patentierte Technologie nutzt photohärtbare Endlosfaser-Komposite durch einen sechsachsigen Roboterarm.

Das Startup namens Moi Composites ist natürlich aus dem Atropos-Projekt als Spin-off der Universität hervorgegangen. Moi verwendet eine disruptive, proprietäre Technologie namens Continuous Fiber Manufacturing (CFM), die hochleistungsfähige duroplastische Verbundteile in 3D drucken kann, die digitale Fertigung mit robotischer Intelligenz kombinieren.

Das Verfahren

CFM verwendet keine teuren Formen, was die formalen Grenzen senkt, und verwendet intelligente Algorithmen zur Digitalisierung von Verbundteilen. Die Technologie kann komplexe, hochleistungsfähige Formen herstellen, die sonst kaum realisierbar wären. Ebenso kann es Kleinserien und maßgeschneiderte Objekte ohne zusätzliche Ausrüstung herstellen, was sowohl Energie als auch Kosten spart. CFM optimiert auch die Richtung und Position der Fasern entlang der Hauptbeanspruchungsachse des fertigen 3D-Druckobjekts im Verhältnis zu den vorhergesagten Beanspruchungen, denen sie widerstehen müssen. Dies führt zu einer ausgezeichneten strukturellen Lösung, die Abfall und bis zu 70% unnötiges Gewicht reduziert.

Der Prozess, der sich auf duroplastische Matrizen mit Aushärtungszeiten von weniger als einer Sekunde konzentriert, ist anpassbar und skalierbar. Endlosfasern können schnell abgeschieden werden, wodurch Produkte mit höheren Arbeitstemperaturen entstehen. Die Kombination dieser Eigenschaften mit den normalen Eigenschaften von 3D-Druckern macht die Technologie einzigartig und ermöglicht es dem Composites-Bereich, neue Lösungen zu entwickeln, die bisher nicht möglich waren.
Zusammenarbeit mit anderen Unternehmen

Das Startup arbeitet mit vielen Top-Unternehmen wie Autodesk, KUKA und Owens Corning zusammen und hat die Software Netfabb Ultimate von Autodesk in seinen Workflow integriert. Moi hat auch die Ergebnisse einiger der neuesten Fallstudien mitgeteilt, die aus der Zusammenarbeit mit Autodesk stammen.

Der erste davon ist ein BMX-Bike-Rahmen, der von Moi mit einem voxelbasierten Optimierungsalgorithmus entworfen und in drei Teilen mit durchgehendem Glasfaserverbundmaterial bedruckt wurde. Der Algorithmus war in der Lage, die gewünschte Lösung zu generieren, und die Software versteht, wie Spannungen, Druck- und Zugkräfte theoretisch verteilt werden, so dass der Entwurf so gestaltet wurde, dass er am effizientesten ist.

Der Einsatz der CFM-Technologie zur Herstellung des Rahmens ermöglichte schließlich eine Gewichtsreduzierung von 40 % gegenüber dem ursprünglichen Stahlrahmen. Indem die Fasern nicht parallel zur Ebene im hinteren Teil des Rahmens abgelegt wurden, konnte die strukturelle Lösung, wie ich es ausdrückte, “die Anisotropie des Materials ausnutzen”. Der Werkzeugweg konnte auch die Last besser verteilen, da durch Algorithmen im Prozess die Faserunterbrechungen gesenkt werden konnten. Das Rad und sein 3D gedruckter Rahmen wurden erstmals auf der Formnext 2017 vorgestellt und reisten auch nach Texas für die aktuelle RAPID + TCT.

Weitere Anwendungen

Die Superior, eine Laufprothese für die unteren Extremitäten, wurde von Moi während der Diplomarbeit bei +Lab entwickelt.

Die bei der Herstellung dieser Prothese verwendeten Faseroptimierungsalgorithmen konnten das gewünschte elastische Verhalten erreichen, und das endgültige Design bewies seine Widerstandsfähigkeit mit einer maximalen Belastung von 150 kg.
Diese Fallstudie zeigte auch, dass es möglich ist, die traditionelle Fertigung mit der digitalen Technologie von Moi zu kombinieren: Ein glasfaseroptimierter 3D-Druckkern machte den Einsatz einer teuren Form überflüssig.

Das CFM-Verfahren von Moi wurde auch in einer Fallstudie zu einem Skateboard angewandt, das ein perfektes Beispiel für die Art von On-Demand, personalisierten, leistungsstarken Teilen ist, die Moi mit seiner innovativen Technologie herstellen kann.
CFM machte es möglich, das Skateboard dort, wo sich die Trucks befinden, starr zu machen, aber in seinem zentralen Teil flexibel. Außerdem hat Moi Hohlräume für die Schrauben des Skateboards vorhergesagt und eine spezielle Verstärkung für die höheren Belastungen entwickelt.

Jetzt hat Moi die Skalierbarkeit seines autonomen Roboterverfahrens durch ein zweites, größeres Robotersystem in Zusammenarbeit mit COMAU bewiesen. Das neue System kann Objekte bis zu einer Größe von 0,8 m x 1 x 1,2 m in 3D drucken und hat zudem die Druckpräzision und -qualität verbessert, was die derzeitigen Größenbeschränkungen der Maschinen überwunden hat. Dies ermöglicht die Nachbearbeitung von Teilen mit traditionelleren Methoden, wie z.B. dem Laminieren, nachdem alle Teile zusammengefügt wurden.

Die Technologie des Startups wurde mit den photohärtbaren Harzen und Glasfasern von Owens Corning getestet, und alle seine Verbundwerkstoffe weisen ein mechanisches Verhalten auf, das mit den Vorhersagen übereinstimmt. Vorerst untersucht Moi auch, wie man Carbonfasern während des Prozesses applizieren kann und verbessert die Gesamtqualität mit neuen Geräten und Werkzeugköpfen und zusätzlichen Sensoren.

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