데스크탑에서 연속 섬유 3D 프린팅

Desktop Metal의 새로운 연속 섬유 데스크탑 3D 프린팅 시스템 출처 | 데스크탑 메탈

제품 개발 및 대량 생산을 위한 금속 3D 프린팅 전문 회사인 Desktop Metal(미국 매사추세츠주 벌링턴)은 복합 재료 커뮤니티를 포함하도록 기술을 확장할 것이라고 발표했습니다. Desktop Metal은 "모든 엔지니어, 디자이너 및 제조업체가 3D 프린팅을 이용할 수 있도록 하는 것"이라는 사명으로 2015년에 설립되었으며, 그 이후로 회사는 두 가지 3D 프린팅 기술을 출시했습니다. -최대 12,000cm의 인쇄 속도를 낼 수 있는 대량 생산 시스템 금속 3D 프린터 ³ /시간 이제 이 회사는 세계 최초의 진정한 연속 섬유 데스크탑 프린터라는 것을 공개하고 있습니다.

Desktop Metal의 설립자이자 CEO인 Ric Fulop은 “우리는 이제 모든 엔지니어와 디자이너의 데스크탑에 연속 섬유 3D 프린팅을 제공하기 위해 제품을 확장하고 있습니다.

적층 제조의 최근 발전으로 프로토타이핑은 물론 지그, 고정구 및 툴링에 대한 사용이 점점 더 널리 보급되었습니다. Desktop Metal은 이 기술이 최종 사용 부품을 제조하기 위한 수단으로 향후 10년 동안 10~50배 성장할 것으로 예측합니다. 회사는 시장에서 소외된 영역에 3D 프린팅을 가져올 수 있는 기회, 즉 소형 복합 재료 부품 제조의 자동화를 인식했습니다. 복합재 분야에 진출하기 시작한 Desktop Metal은 최근 Konstantine Fetfatsidis가 설립한 신생 기업인 Make Composites Inc.(미국 매사추세츠주 보스턴)를 인수했습니다. Fetfatsidis는 최근 2019 SAMPE Young Professional of the Year로 선정되었으며 이전에는 Boeing 회사인 Aurora Flight Sciences(미국 버지니아주 매나사스)에서 첨단 제조 R&D 책임자로 근무했습니다.

현재 Desktop Metal의 복합 재료 제품 부사장인 Fetfatsidis가 Make를 시작하게 된 영감을 설명합니다. “복합소재 R&D 및 고객을 상대하는 항공 구조 비즈니스 개발 경험을 바탕으로 접근 가능한 것과 다양한 제조 기술을 보고 작업해야 했고 솔직히 핸드 레이업이 여전히 최신 상태라는 사실에 약간 좌절했습니다. - 특히 더 작은 부품의 경우에는 더욱 그렇습니다.”라고 그는 말합니다.

그는 20파운드 미만의 작은 부품의 경우 제조업체가 여전히 주로 핸드 레이업에 의존한다고 주장합니다. 이러한 노동 집약적인 프로세스에는 기술자, 값비싼 도구 및 많은 시간이 필요하며 이 모든 것이 전체 부품 제조 비용을 증가시킵니다.

“내 경력을 통해 탄소 섬유를 사용하는 것을 좋아하는 애플리케이션이 너무 많았습니다. 특히 eVTOL 개념을 작업하는 동안 Aurora에서 경량 속성, 강성 및 강도 때문에 탄소 섬유를 사용하고 싶었지만 비용은 추가되지 않았습니다. "라고 Fetfatsidis는 말합니다. "전통적인 제조와 관련된 여러 프로세스 단계를 자동화하고 통합하고, 툴링을 줄이고 리드 타임을 줄이는 더 나은 방법이 있어야 한다고 생각했습니다. 모든 관련 비용이 발생했습니다."

소형 복합 부품의 제조를 자동화하려는 시도가 있었지만 이러한 특성은 산업용 사용자가 수동 레이업에 익숙한 품질에 거의 도달하지 않으며 확실히 데스크탑 프로세스에서는 그렇지 않습니다. 오늘날 대부분의 복합 재료 3D 프린팅에서 수지는 종종 기존 공정에서 사용되는 것과 동일하지 않으며 많은 프린터는 적격 재료와 동일한 고성능을 제공하지 않는 독점 재료를 사용하여 품질의 불균일 및 가변성을 초래합니다. 생성된 부품은 일반적으로 손으로 제조한 부품보다 섬유 부피 함량이 낮고 다공성이 높습니다.

Fulop은 "지금까지 사람들이 사용하는 데 익숙한 재료를 사용하여 데스크톱 수준에서 이 작업을 수행할 수 있는 종단 간 솔루션이 없었습니다."라고 말합니다. "우리는 3D 프린팅의 이점을 고성능 응용 분야에 적합한 연속 섬유 재료와 결합하고 있습니다."

CNC 고정 장치: Fiber 시스템에서 이 CNC 고정구를 연속 섬유 복합재로 3D 프린팅하면 부품을 극도로 단단하게 만들어 기계 작업이 수행되는 동안 잠금 배럴을 제자리에 단단히 고정할 수 있습니다. 탄소 섬유 테이프는 가장 높은 하중을 받는 고정구 섹션에 강성을 추가하기 위해 선택적으로 놓일 수 있습니다. 가공 고정 장치는 종종 극한의 온도를 견뎌야 하며 탄소 섬유 강화 PEEK를 사용하여 고온에서 안정성을 보장합니다. 새로운 Fiber 시스템에서 3D 프린팅을 함으로써, 기계 공장 엔지니어는 그렇지 않았다면 가공하기에 너무 많은 시간과 비용이 들었을 최적화된 고정 장치 설계를 사용할 수 있습니다. 출처 | 데스크탑 메탈

테이프 기반

Desktop Metal의 새로운 데스크탑 프린터는 자동 섬유 배치(AFP) 기술을 채택하여 고품질 섬유 강화 열가소성 복합 부품을 생산합니다. 이 기술은 상업용 프리프레그 테이프를 만드는 것과 동일한 제조 라인을 활용하여 기존 공급망을 활용하고 단방향(UD) 테이프 시장에서 이미 일어나고 있는 성장을 활용합니다. 본질적으로 이 기술은 AFP를 데스크탑 프린터용으로 축소합니다. 사실 이 회사는 원래 프로젝트 이름을 Micro AFP Kinematic Extrusion system(Make)에서 따왔습니다.

회사에서 Fiber라고 부르는 이 프린터는 사무실이나 생산 현장 환경에서 사용하기 위한 모듈식 도구 교환 시스템으로 설계되었으며 산업용 제조 지그, 죠, 도구 및 고정물은 물론 최종 사용도 제공할 수 있습니다. 부속. 작업자는 Micro AFP 헤드를 사용하여 재료를 배치한 다음 보관하고 필요에 따라 FFF(융합 필라멘트 제작) 헤드로 전환할 수 있습니다.

Fulop은 "처음으로 Fiber 프린터는 고성능 AFP 연속 섬유 재료의 재료 특성과 데스크탑 3D 프린터의 경제성 및 속도를 결합합니다"라고 말합니다.

이 기술은 고성능 애플리케이션에 적합한 동일한 UD 테이프를 사용합니다. 프린터는 다양한 섬유 및 열가소성 매트릭스 시스템을 사용하여 UD 테이프를 처리할 수 있지만 시스템에 처음 사용할 수 있는 재료에는 탄소 섬유 및 유리 섬유 강화재가 있는 폴리아미드 6(PA6), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 탄소 섬유 강화 폴리에테르케톤케톤(PEKK). 3mm 너비 형식으로 제공되는 테이프는 일반적으로 12K 토우 섬유를 특징으로 하며 독점 릴에 감겨 있습니다. 폭이 3mm인 단일 토우가 닙 영역에 도달할 때까지 헤드를 통해 공급됩니다. 여기서 비접촉 히터는 열가소성 수지의 온도가 용융 온도보다 높아지고 압축 롤러는 유입되는 수지의 통합을 위해 압력을 가합니다. 아래 기판에 테이프를 붙입니다. 헤드의 커터는 각 패스의 끝에서 테이프를 자릅니다. Fetfatsidis에 따르면 테이프는 연속 섬유를 사용하는 일부 압출 기반 3D 프린터에 사용되는 1K 토우 필라멘트 스풀보다 리터당 기준으로 10배 이상 저렴하지만 품질은 더 높은 솔루션을 제공합니다. 또한 압력을 추가할 수 있는 기능과 결합된 고품질 테이프 AFP 프로세스를 통해 부품에 더 높은 강도로 변환합니다.

Fetfatsidis는 "60% 탄소 섬유로 구성된 매우 높은 섬유 부피 부하를 갖는 AFP/ATL 공정에 사용되는 고품질 테이프를 가지고 있으며 이를 PEEK 또는 PEKK 고온 매트릭스와 함께 사용합니다"라고 말합니다.

카메라 마운트. Fiber 시스템을 사용하면 이 카메라 마운트와 같은 부품을 다른 재료로 인쇄할 때보다 더 단단하고 가볍게 만들 수 있습니다. 빠른 인쇄 시간과 낮은 재료 비용으로 설계자는 최적의 부품을 얻기 위해 설계를 신속하게 반복할 수 있습니다. 출처 | 데스크탑 메탈

Fiber 시스템으로 만든 부품은 강철보다 강하고 알루미늄보다 가벼우며 데스크탑에서 인쇄할 수 있습니다. Fiber의 빌드 볼륨은 320 x 240 x 270밀리미터(12.6 x 9.4 x 10.6인치)입니다. 이점은 전체 부품에 걸친 연속 섬유 강화와 매우 적은 다공성을 포함합니다. Fetfatsidis는 PA6 테이프로 만든 부품은 5% 미만의 다공성을 가질 수 있고 PEEK/PEKK 테이프는 1% 미만의 다공성을 가진 부품을 생성할 수 있다고 말합니다. 운전자는 견인을 조종할 수 있습니다. 복잡한 모양 또는 특정 하중 조건을 달성하기 위해. 그리고 수지는 열가소성 수지이기 때문에 오토클레이브 경화가 필요 없으며 재료를 냉동실에 보관할 필요도 없습니다.

Fulop은 "이 제품은 연속 탄소 섬유와 PEEK 및 PEKK를 데스크톱에서 결합한 3D 인쇄 분야의 첫 번째 제품입니다."라고 말합니다.

슈라우드 로드 홀더. 슈라우드 로드 홀더는 로봇 엔드 이펙터가 중요한 치수를 가공하기 전에 부품을 픽업할 수 있도록 금속 사출 성형(MIM) 구성 요소를 찾는 데 사용됩니다. 이 고정 장치는 고정 장치 안팎으로 지속적으로 순환되기 때문에 상당한 마모를 경험합니다. Fiber 시스템의 슈라우드 로드 홀더를 3D 프린팅하면 기계 공장 엔지니어가 고정 장치를 생산하는 리드 타임을 몇 주에서 몇 시간으로 단축하는 동시에 제조 비용을 95% 줄일 수 있습니다. 출처 | 데스크탑 메탈

누구나 액세스 가능

Desktop Metal의 솔루션은 최종 사용 부품 생성 및 열가소성 수지 사용을 비롯한 여러 이점을 자랑하지만 Fiber 시스템의 가장 흥미로운 측면 중 하나는 틀림없이 경제성입니다. 복합 부품의 자동화된 제조를 위해 연속 섬유 열가소성 테이프를 사용하는 대부분의 시스템은 백만 달러 시스템입니다. Desktop Metal의 Fiber 시스템은 구독 서비스를 통해 두 가지 모델로 제공됩니다. Fiber HT는 PEEK 및 PEKK를 포함한 고급 매트릭스를 사용하여 다공성이 1% 미만이고 연속 섬유 로딩이 최대 60%인 연속 복합 재료로 부품을 생산하도록 설계되었습니다. ESD 준수 부품 외에도 UL 94-V0 난연 부품이 최대 250°C의 고온을 견딜 수 있도록 만들 수 있습니다. Fiber HT 모델은 연간 $5,495의 신규 할인 가격으로 시작합니다. 한편 Fiber LT는 연간 3,495달러부터 시작하며, PA6 열가소성 수지와 함께 5% 미만의 다공성을 갖는 연속 섬유를 사용하여 고강도 ESD 준수, 비손상 부품을 생산할 수 있는 저렴한 방법을 제공합니다.

ESD 엔드 이펙터. 엔드 이펙터는 인쇄 회로 기판(PCB) 제조 공정에서 사용됩니다. 이 부품은 Fiber 시스템의 ESD(정전기 방전)에 안전한 탄소 섬유 강화 PA6으로 제작되어 조립 공정 전반에 걸쳐 정전기 방전이 손상되지 않도록 PCB를 보호합니다. 연속 탄소 섬유 복합재로 인쇄된 엔드 이펙터는 매우 단단하고 가벼우며 PCB 조립 프로세스의 하중을 견딜 수 있습니다. 출처 | 데스크탑 메탈

Fetfatsidis는 "우리는 사람들이 시스템을 구입하여 집이나 사무실의 데스크탑에 두고 연속 섬유로 PEEK 부품을 만들 수 있기를 바랍니다."라고 말합니다.

Fulop은 "수천 달러로 현재 고급 AFP 제조 부품에 사용되는 것과 동일한 테이프 기술로 고성능 복합 부품을 만들 수 있습니다."라고 덧붙입니다.

제조에서 3D 프린팅의 역할이 계속 증가함에 따라 설계자와 엔지니어는 광범위한 재료에 액세스할 수 있는 솔루션이 필요합니다. Fiber 시스템은 복합 재료가 제공하는 경량, 강도 및 강성을 활용하고자 하는 모든 사람이 고성능 복합 재료를 사용할 수 있도록 하기 위한 큰 진전입니다. Desktop Metal은 11월 19-22일 독일 프랑크푸르트에서 열리는 Formnext 2019 적층 제조 전시회 및 컨퍼런스에서 Fiber 연속 섬유 데스크탑 3D 프린팅 시스템을 선보일 예정입니다.