3D-Druck stärker als Aluminium
Können 3D-gedruckte Teile wirklich fester und kosteneffizienter sein als Aluminium?
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Aluminiumteile mit der 3D-gedruckten Carbon-Endlosfaser ersetzen
– Lernen Sie Markforged in 60 Sekunden kennen!
Anwender müssen sich auf die gedruckten Bauteile verlassen können, um die Additive Fertigung als echte Fertigungstechnologie im Unternehmen einzusetzen. Was sind Ihre größten Herausforderungen in der Fertigung? Wie fertigen Sie aktuell Ihre Betriebsmittel wie Vorrichtungen, Greifer oder Halterungen? Wir unterstützen Sie dabei, diese mit der Additiven Fertigung zu lösen.
Aluminiumteile mit der 3D-gedruckten Carbon-Endlosfaser ersetzen
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Anwender müssen sich auf die gedruckten Bauteile verlassen können, um die Additive Fertigung als echte Fertigungstechnologie im Unternehmen einzusetzen. Was sind Ihre größten Herausforderungen in der Fertigung? Wie fertigen Sie aktuell Ihre Betriebsmittel wie Vorrichtungen, Greifer oder Halterungen? Wir unterstützen Sie dabei, diese mit der Additiven Fertigung zu lösen.
Aluminium ist kostengünstig, schnell verfügbar und leicht zu bearbeiten und war deswegen lange Zeit die erste Wahl bei der Herstellung von Prototypen und Vorrichtungen aller Art. Die Verarbeitung des Materials bringt allerdings Einrichtungs-, Bearbeitungs- und Lohnkosten mit sich, die Kleinserien oder komplexe Bearbeitungen schnell kostspielig werden lassen.
Markforged bietet ein weites Spektrum verschiedener 3D-Drucker an, um die mühelose Herstellung vielfältiger Prototypen, Vorrichtungen und Einzelteile mit 3D-druckfähigen Kunststoffen zu ermöglichen. Diese sind stark, robust, steif und besonders geeignet für Passformkontrollen, Vorrichtungen, Robotergreifwerkzeuge und Kleinserienproduktionen.
Als Druckmaterialien stehen Onyx, Nylon und faserverstärkte Kunststoffe wie Carbonfaser, Kevlar und Glasfaser zur Verfügung. Diese Faserverstärkungen werden beim Druck als Endlosfaser in das Bauteil eingelegt. Das Diagramm rechts zeigt die Stärke, Robustheit, Steifigkeit und Umweltbeständigkeit der Kunststoffe im Vergleich mit Aluminium.
Warum sollten Aluminium-Bauteile ersetzt werden?
In den letzten Jahren hat eine große Aluminiumknappheit bei den Lieferanten der Industrie zu starken Preissteigerungen geführt. Seit Januar 2021 sind die Aluminiumpreise um über 50 % gestiegen, und Experten gehen davon aus, dass der Anstieg auch in den nächsten zwei Jahren anhalten wird.
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Laut Experten ist die weltweite Aluminiumknappheit auf einen erhöhten Materialverbrauch zurückzuführen, der auf drei Faktoren zurückzuführen ist: erhöhte Ausgaben für Konsumgüter aufgrund von Konjunkturpaketen, erhöhte Investitionen in nachhaltige Technologien, die auf die Verwendung von Aluminium angewiesen sind (z. B. Windturbinen, Elektroautos) sowie die chinesische Produktion und der Verbrauch von Aluminium.
Angesichts dieses Aluminiummangels bietet die Markforged Carbon-Endlosfaser eine geeignete Alternative, da viele unserer Kunden diese als Ersatz für Teile aus bearbeitetem Aluminium verwenden. Kohlefaser (Carbon) hat das beste Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht unter unseren Endlosfaser-Verstärkungen. Sie ist sechsmal fester und achtzehnmal steifer als Onyx und wird häufig für Teile verwendet, die gefrästes Aluminium ersetzen.
Wenn sie in ein Verbundwerkstoff-Basismaterial wie Onyx eingelegt wird, können daraus Teile entstehen, die so stark sind wie 6061-T6-Aluminium. Als Material ist es extrem steif und fest und kann von Markforged 3D-Druckern automatisch in einer Vielzahl von Geometrien abgelegt werden, um optimierte Teile herzustellen.
Wirtschaftlichkeit der Bauteile
Es geht nicht darum, Aluminium pauschal als Werkstoff zu ersetzen. Das ist klar.
Es geht darum, die Bauteile additiv zu fertigen, die bisher unwirtschaftlich mechanisch gefertigt werden mussten. Komplexe Anwendungen oder Anwendungen die eine hohe Variantenvielfalt mit geringen Stückzahlen haben. Hier kann fast vollständig der Werkstoff Aluminium ersetzt werden.
Wie das möglich ist?
Die Bauteile werden über eine 2. Düse im Druckkopf mit der Carbon-Endlosfaser verstärkt!
So erhalten Sie bei jedem Druck exakt das selbe mechanisch belastbare Bauteil, das bei Bedarf höhere Festigkeiten aufweist, als Aluminium.
So funktioniert die Carbon-Endlosfaser
Während Carbon-Kurzfasern bemerkenswert in ihrer Fähigkeit sind, Thermoplaste zu verstärken, können Endlosfasern den Bauteilen weit mehr Festigkeit verleihen. Beim Verbundfaser 3D-Druck verwendet Markforged eine Kombination aus dem FFF-Druck und der Continuous Fibre Fabrication (CFF), um Endlosfasern in konventionell gedruckten thermoplastischen Bauteilen abzulegen. Über eine zweite Düse im Druckkopf wird die Endlosfaser in das Bauteil gelegt. Dabei hat die Faser pro Schicht nur einen Anfangs- und einen Endpunkt.
So werden Festigkeiten erreicht, die weit über das hinausgehen, was wir aus dem Bereichen GFK und CFK kennen. Durch diese Faserverstärkung können nun exorbitante Festigkeiten erzielt werden. Festigkeiten höher als bei Aluminium!
