저렴한 로봇 익스트루더, 대형 복합소재 3D 프린팅의 문 열다

고충진 폴리머 및 다양한 열가소성 수지

CEAD(네덜란드 델프트)는 특허받은 프린트 헤드를 사용해 열가소성 수지를 연속 섬유와 단섬유로 동시에 보강할 수 있는 CFAM 프라임 시스템으로 대형 복합소재 3D 프린팅을 상용화했습니다. 네덜란드 복합소재 생산업체 폴리 프로덕츠(네덜란드 베르켄담)가 현재 쿤스트스토프 매거진에 실린 「크게 생각하고, 더 크게 프린트하라」 기사에서 이 시스템 투자를 설명하는 동안, CEAD는 다른 기업들에게는 다른 접근이 필요함을 인지했습니다.

"대형 3D 프린팅 수요가 증가하고 있습니다." CEAD 사업 개발 책임자 샬렌 반 빈게르덴(Charlène van Wingerden)은 설명합니다. "하지만 모든 회사가 8×4×4.5미터 설치 면적이 필요한 우리 CFAM 시스템 같은 대형 설비를 둘 공간은 없습니다." 그러나 많은 기업이 이미 로봇 팔이나 갠트리 시스템(예: CNC 가공)을 보유하고 있기에, CEAD는 이런 시스템에 통합할 수 있는 독립형 익스트루더를 개발해 적층 제조의 가능성을 탐색할 수 있는 낮은 투자 솔루션을 제공합니다.

"CNC 가공 폴리우레탄 폼과 핸드 레이업 GRP(유리섬유 강화 플라스틱)로 금형을 제작했는데, 그 방식은 노동력과 폐기물이 너무 많이 들었습니다." CEAD 로봇 익스트루더를 12월 구매한 라피드 프로토타이핑(헝가리 부다페스트) 소유주 죄르지 유하스(György Juhász)는 설명합니다. "이제 30% 단유리섬유 강화 폴리프로필렌으로 금형을 3D 프린팅해 노동 시간을 50% 단축했습니다."

CEAD 로봇 익스트루더는 대형 복합소재 3D 프린팅을 위한 경량 고출력 솔루션으로 설계되었습니다. 이 시스템은 3D 프린팅에 필요한 모든 것을 포함해 제공됩니다: 로봇 익스트루더, 지멘스 PLC 기반 제어, 원료 저장, 원료 이송, 수냉식, 쉽게 설치 가능한 익스트루더 마운팅 브라켓.

고충진 폴리머 및 다양한 열가소성 수지

CEAD 로봇 익스트루더는 3D 프린팅 전용으로 맞춤 설계된 고온 시스템입니다. 4개 열 구역을 사용해 순수 또는 강화 열가소성 펠릿을 점진적으로 녹입니다. 지멘스 서보 모터와 유성 기어박스로 구동되어 특정 소재 가공에 필요한 높은 토크를 제공합니다. 로봇 익스트루더는 기본적으로 330°C, 고온 버전은 최대 400°C까지 도달 가능해 PEEK(폴리에테르에테르케톤) 등 다양한 섬유 강화 열가소성 소재 압출이 가능합니다.

1킬로와트 서보 모터 업그레이드로 표준 토크 63Nm, 피크 토크 144Nm을 제공해 어렵고 강한 소재를 고출력으로 프린팅하는 데 유리합니다. 엔지니어링 등급 소재는 익스트루더를 최대 성능까지 밀어붙일 수 있습니다. 예를 들어 아르나이트(Arnite) 50% 유리섬유 강화 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)와 카본 충전 PESU(폴리에테르설폰)가 있습니다. 표준 서보 모터도 이 소재들을 가공할 수 있지만, 필요시 업그레이드로 출력을 더 높일 수 있습니다.

원료 저장 및 이송

로봇 익스트루더에는 철저한 건조가 필요 없는 원료를 최대 25kg까지 저장할 수 있는 공간이 포함됩니다. 건조가 필요한 소재의 경우, 저장소 아래에 위치한 원료 이송 펌프가 외부 건조기와 직접 연결될 수 있습니다. 이송 펌프가 건조된 원료를 익스트루더 호퍼로 불어넣으며, 이 과정은 지멘스 제어로 미세 조정됩니다.

로봇 익스트루더가 완전한 패키지로 제공되므로 원료 이송 장치도 포함됩니다. 신뢰할 수 있는 원료 이송 시스템 개발에 많은 연구가 투입되었는데, 이는 장시간 무인 프린팅이나 고가 엔지니어링 등급 소재 프린팅 시 필수적이기 때문입니다. "이송 시스템 고장으로 프린팅 실패가 발생하는 건 용납할 수 없습니다." 빈게르덴은 말합니다. "이송 장치가 익스트루더와 함께 표준 구성품으로 제공되는 것은 CEAD만의 특징입니다."

쉬운 통합 및 제어

전체 시스템은 CEAD 소프트웨어를 실행하는 지멘스 터치스크린으로 작동합니다. 이 소프트웨어는 로봇 익스트루더와 CFAM 시스템 전용으로, 플라스틱 압출, 3D 프린팅, 기계 개발 분야의 다년간 경험을 바탕으로 개발되었습니다.

모든 로봇 익스트루더 구성품이 완전히 통합된 시스템으로 작동합니다. 운영자는 지멘스 제어 패널과 상호작용하며, 이는 로봇이나 갠트리 시스템과 연결될 수 있습니다. 로봇 익스트루더는 아날로그 0-10볼트와 디지털 0-24볼트 직류(DC) 두 신호만으로 제어되어 로봇 팔이나 갠트리가 익스트루더를 견고하게 제어할 수 있습니다. 최근에는 프로피넷(Profinet)을 통한 로봇 익스트루더 제어를 도입해 더 고급 통합 옵션을 제공합니다.

맞춤형 마운팅 브라켓도 포함되어 몇 개의 볼트만으로 로봇 익스트루더를 로봇 팔이나 갠트리에 장착할 수 있습니다.

보조 시스템

CEAD는 쉽게 통합 가능한 건조 시스템과 노즐 세트 등 기타 구성품도 제공합니다. 라피드 프로토타이핑은 로봇 익스트루더 외에 건조기도 구매했습니다. "덕분에 PET, PET-G, ABS 등 다양한 소재로 프린팅할 수 있습니다." 유하스는 말합니다.