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Ist 3-D-Druck der Schlüssel zu billigen Kohlefaserteilen?
Eines Tages könnte Kohlefaser ihrem Hype gerecht werden und all unsere Autos und Flugzeuge leichter und effizienter machen. Heute sind Teile aus dem Material jedoch sehr teuer und werden hauptsächlich in Rennwagen, High-End-Sportwagen und neuen Jetlinern verwendet. Einige Unternehmer setzen jetzt darauf, dass der Schlüssel zur Herstellung von Kohlefaserteilen viel billiger und weiter verbreitet in der 3-D-Drucktechnologie liegt.
Die drei von MarkForged hergestellten Objekte zeigen unterschiedliche Punkte im Druckprozess. Das fertige Teil ist Bestandteil eines Rennwagenspoilers.
Der Mark One-Drucker legt Polymer- und Kohlefaserschichten ab.
Die Vorteile von Kohlefaser sind so groß – daraus hergestellte Teile können so stark wie Aluminium sein und dabei weniger wiegen –, dass jeder, der es sich leisten kann, sie bereits in Luft- und Raumfahrt- und Automobilanwendungen einsetzt, sagt Greg Mark, CEO und Gründer von Cambridge , ein in Massachusetts ansässiges Startup MarkForged . Aber es ist zu teuer für den Mainstream, und ein wichtiger Grund dafür ist die Art und Weise, wie es hergestellt wird: ein komplizierter, arbeits- und zeitintensiver Prozess mit vielen Schritten, die von Hand durchgeführt werden müssen (siehe Wo ist das erschwingliche Kohlefaserauto? ). . Mark sagt, dass der neue Prozess, den sein Unternehmen entwickelt hat, so einfach ist wie das Entwerfen des Teils am Computer, das Drücken einer Taste und das Abrufen des Teils einige Stunden später.
Oben: Ein Automobil-Kaltlufteinlass von Impossible Objects.
Unten: Ein Drohnenpropeller, der mit dem Verfahren Impossible Objects entwickelt wurde.
Die Möglichkeit, Kohlefaserteile zu drucken, wird den 3D-Druck für viele Branchen viel nützlicher machen, so Robert Swartz, Vorsitzender, Gründer und Chief Technology Officer des in Chicago ansässigen Startups Unmögliche Objekte . Die meisten der mit bestehenden 3-D-Drucktechnologien hergestellten Kunststoffteile sind nicht gut genug, um beispielsweise in einer Drohne verwendet zu werden. Es besteht ein echter Bedarf an Funktionalität, sagt Swartz, und das erfordert bessere Materialien.
Technisch gesehen bestehen Kohlefaserteile aus Verbundwerkstoffen, die durch präzise Kombination von Kohlefaser mit einem Polymer hergestellt werden. Die Herstellung eines Kohlefaserverbundwerkstoffs mit einem 3-D-Drucker ist eine Herausforderung, da Kohlefaser für herkömmliche Druckköpfe nicht förderlich ist. (Wie Mark es ausdrückt, verstopft das Material sie höllisch.)
MarkForged hat dies umgangen, indem es ein brandneues Vorläufermaterial erfunden hat, das durch einen proprietären Druckkopf gedruckt werden kann. Das erste Produkt des Unternehmens, ein Drucker namens Mark One, der 5.499 US-Dollar kostet, verfügt über den neuen Druckkopf sowie einen zweiten, traditionelleren, der ein thermoplastisches Polymer extrudiert. Jede Schicht eines gedruckten Teils enthält eine vorgeschriebene Kombination aus Thermoplast und Kohlefaser.
Impossible Objects hat ein Verfahren entwickelt, das das Drucken von Kohlefaser überflüssig macht. Stattdessen beginnt es mit Kohlefaserplatten. Auf jedes Blatt trägt ein Tintenstrahldrucker gemäß den digitalen Anweisungen eine klare Lösung in einem präzisen Design auf. Polymerpulver wird hinzugefügt und haftet am gedruckten Design. Die Blätter werden gestapelt und erhitzt, wodurch das Polymer schmilzt und sich mit der Faser verbindet. Ein abschließender Sandstrahlschritt entfernt die Teile der Faserplatten, die nicht mit dem Polymer verbunden sind. Impossible Objects stellt Teile auf Bestellung her und entwickelt eine Maschine, die es an Unternehmen verkaufen könnte, die den Prozess nutzen möchten, um ihre eigenen Teile herzustellen.
Impossible Objects verwendet einen Tintenstrahldruckkopf, um Designs auf Kohlefaserplatten zu drucken.
Sandstrahlen entfernt die überschüssige Kohlefaser.