3D-Druck mit grenzenlosem Design

Manufacturers' Monthly spricht mit CNC Design über seine Möglichkeiten zur additiven Fertigung großer Teile für verschiedene Fertigungssektoren.

CNC Design hat sich in jüngerer Zeit mit VSF auf die additive Fertigung ausgeweitet, einer Lösung für die 3D-Fertigung großer Teile für verschiedene Branchen wie Bauwesen, Luft- und Raumfahrt, Schifffahrt und Bergbau. Es eignet sich für viele Branchen, die sehr große Komponenten herstellen.

John Croft, Entwicklungsleiter für additive Technologien bei CNC Design, erinnert sich an seine erste Begegnung mit der additiven Fertigung im Jahr 1991. Als er zusah, wie die FDM-Maschine an der Swinburne University of Technology ein Kunststoffteil druckte, bemerkte er sofort: „Ist Ihnen klar, dass dies die Zukunft der Fertigung ist?“ ” Er erinnerte sich, dass die Technologie nicht nur auf Polymere beschränkt sein würde.

„Der FDM-Drucker hatte eine Baufläche von 250 Würfeln, was damals riesig war“, sagte Croft. „Viele Branchen waren noch nicht auf die Fähigkeiten der Maschine vorbereitet und sagten, sie sei zu teuer. Die Unternehmen waren davon überzeugt, dass es sich immer noch um eine Art schwarze Kunst handelte, die sich nicht durchsetzen würde, doch mittlerweile ist die additive Fertigung eine Multimilliarden-Dollar-Industrie. Die Industrie beginnt, sich darüber Gedanken zu machen, was Additive im Herstellungsprozess bewirken können, aber Australien liegt immer noch 10 bis 15 Jahre hinter einem Großteil der Welt zurück.“

Fast drei Jahrzehnte später entwickelt Croft das Handwerk durch seine Arbeit bei CNC Design weiter, einem Expertenunternehmen für Bewegungssteuerungslösungen, das sich auf Virtual Smart Factory (VSF) und CNC-Maschinen spezialisiert hat. CNC Design wurde vom Geschäftsführer Bruce Rowley gegründet und begann als CNC-Nachrüstunternehmen, insbesondere im Bereich Werkzeugmaschinen. Das Unternehmen brachte etwas Neues auf den australischen Markt und wurde zum Vertriebshändler für Siemens-Werkzeugmaschinenprodukte in Australien und Südostasien, was nach wie vor ein integraler Bestandteil des Geschäfts ist.

Die Portalsysteme der Virtual Smart Factory (VSF) gehören zu den größten 3D-Druckern der Welt und können additive und 5-Achs-Bearbeitung in einer einzigen Maschine kombinieren. CNC Design startete 2017 das Forschungs- und Entwicklungsprojekt für diese Maschinen, angeregt durch die Anforderungen eines spezifischen Wachsdruckprojekts in Großbritannien.

„CNC Design betrachtete es als eine aufstrebende Technologie und einen aufstrebenden Markt“, erklärte Croft. „Es gab viele Anbieter von kleinen Druckern für Kunststoffe und Metalle, also beschlossen wir, in den Druck im größeren Maßstab überzugehen, zunächst mit Wachs und dann die Druckertechnologie für Beton und Thermoplaste zu entwickeln.“

Heute kann VSF sowohl große Bauteile aus Beton als auch thermoplastische Verbundwerkstoffe drucken. Ein Beispiel für die 3D-Druckerfähigkeiten von CNC Design ist der Einsatz in Luft- und Raumfahrtanwendungen, einschließlich der Herstellung von Vakuumformen aus Hochtemperatur-Thermoplasten (PEEK) in Kombination mit Kohlefaser, wobei gleichzeitig die Werkzeugkosten erheblich gesenkt werden.

VSF-Verbundwerkstoff

VSF Composite verwendet ein auf Schneckenextrusion basierendes System, das mit einer Vielzahl von Thermoplasten drucken kann, darunter ABS, PC, HDPE, PEEK und mit Kohlefaser oder Glasfaser verstärkten Verbundwerkstoffen. CNC Design liefert den größten Verbunddrucker an den Hersteller Zone RV aus Queensland, der das größte 3D-Drucksystem der südlichen Hemisphäre sein wird. Das 22 mal 5 mal 1,6 Meter große Unternehmen wird mit der Bearbeitung der Formen für die Offroad-Caravan-Reihe des in Coolum Beach ansässigen Unternehmens beginnen, die leichte Verbundkarosserien mit erstklassigen Komponenten kombinieren.

„Sie nutzen das große Extrudersystem, das bis zu 200 Kilo pro Stunde extrudieren kann“, bemerkt Croft. „Aufgrund des Gewichts handelt es sich um ein Portalsystem mit zwei Trägern, sodass sich das Bearbeitungssystem auf einem separaten Träger befindet. Es ist sowohl für den 3D-Druck als auch für die Bearbeitung geeignet.“

Das Large Area Gantry-System ist in der Lage, fünfachsiges Fräsen und dreiachsiges Drucken in einer einzigen Maschine zu kombinieren. Der dreiachsige 3D-Druck wird mit einem CNC-Design-Druckkopf Modell 60-150 durchgeführt, der über ein Vakuum-Pellet-Trocknungs- und Fördersystem verfügt und mit der größeren Extrudereinheit Druckraten von bis zu 200 kg pro Stunde ermöglicht. Die Palette der Extrudereinheiten von CNC Designs reicht von 19 kg pro Stunde, wobei die nächste Einheit bis zu 40 kg pro Stunde extrudiert. Das System verfügt außerdem über die Flexibilität der Fünf-Achsen-Bearbeitung, des Exzenterschleifens und des Sprühens, mit einem integrierten Werkzeuggestell und einer Druckkopfkalibrierungseinheit.

VSF-Beton

Der Betondruck hat in den letzten zehn Jahren weltweit zugenommen, und CNC floriert in diesem Bereich weiterhin. Zwei aktuelle Kunden nutzen die VSF-Betondrucker als Hochleistungs-Portalsysteme, ideal für die additive Fertigung vorgefertigter Gebäudemodule und Architekturteile.

Die Siam Cement Group (SCG) ist eines der größten Zementunternehmen in Südostasien. Ende 2020 druckte SCG 3D ein 102 Quadratmeter großes Forschungs- und Entwicklungszentrum in Thailand mit dem VSF-Drucker vor Ort von CNC Design.

Der Drucker ist so konzipiert, dass er leicht verlagerbar ist und gleichzeitig eine hohe Geschwindigkeit und Präzision beim Drucken beibehält, was es SCG ermöglichte, eine kompliziert strukturierte Wandoberfläche zu drucken. Mit herkömmlichen Methoden wären für die Herstellung dieses Entwurfs komplexe Formen und Schalungen erforderlich gewesen.

„Der Bau der Mauer dauerte mit fünf Arbeitern etwa zwei Tage, was Zeit und Arbeit sparte. Der eigentliche Druck dauerte zwei Tage, um mit einer Genauigkeit von mehr als fünf Millimetern zu drucken“, sagte Croft.

CNC Design förderte diese Art von Dienstleistungen in Südostasien, als vor kurzem der zweite Kunde, das Housing Development Board (HDB) von Singapur, sich an das Unternehmen wandte, nachdem die Fertigteilproduktionsprozesse zu Zeitverzögerungen führten und mehr Arbeitskräfte erforderten. Die Virtual Smart Factory (VSF)-Lösung wurde auf die Bearbeitung, Handhabung und additive Fertigung angewendet, nicht nur für Beton, sondern auch für Wachs, Schaum und Hochtemperaturkunststoffe. Dadurch war Singapore HDB in der Lage, einzigartige Betonelemente mit einer Länge von bis zu 9 m, einer Breite von 3,5 m und einer Höhe von 3,8 m in 3D zu drucken.

Sortiment der Virtual Smart Factory (VSF).

„Thermoplaste werden die Vorrangstellung einnehmen und als nächstes kommt der Beton“, sagte er. „Das sind derzeit unsere beiden großen Schwerpunkte. Die Motivation unserer Kunden besteht darin, nachhaltigere Baupraktiken zu ermöglichen. Eine unserer größten Herausforderungen weltweit ist der durch den Bau verursachte Abfall – 83 Prozent des weltweiten Abfalls entstehen durch den Bau, ebenso 27 Prozent der CO2-Emissionen. Nachhaltigeres Bauen ist ein großes Plus für die Zukunft.“

CNC Design versteht sich als perfekter Partner für Branchen, die auf diese neuen Technologien umsteigen.

„Das Schöne am flexiblen VSF-Design ist, dass es unbegrenzt einsetzbar ist und wir mit verschiedenen Kunden neue Formen und Designs erschließen möchten“, sagte er. „Wir werden uns mit komplizierten Designs befassen, bei denen unsere VSF-Technologie eine wichtige Rolle spielen wird.

Die Ingenieure von CNC Design liefern den Virtual Smart Factory (VSF)-Drucker und die thermoplastischen Druckmaterialien hier in Australien.

CNC Design weckt weiterhin Interesse an dieser thermoplastischen Technologie und Croft geht davon aus, dass der Hauptwachstumsbereich des Unternehmens kurzfristig in diesem Bereich liegen wird. Der andere wichtige Faktor, der das Wachstum der AM-Industrie bremst, sind die Fähigkeiten, da wir uns auf die Ausbildung konzentrieren müssen, um diese Fähigkeiten zu verbessern und so das Wachstum sowohl der AM-Industrie als auch unserer Fertigungsindustrie zu ermöglichen.

Da für CNC Design weiteres Wachstum in Sicht ist, erklärte Croft, dass die Schulung der Kunden für die Zukunft von entscheidender Bedeutung sei.

„Wir versuchen, das Bewusstsein der australischen Industrie für AM zu schärfen“, sagte er. „Diese Technologie wird tatsächlich umgesetzt und ist mit umfassendem Support und Service hier in Australien verfügbar.“