Hochleistungsverbundwerkstoffe und das hybride Additive-Fusion-Solution-Verfahren senken die Produktionskosten für moderne Verbundwerkstoffteile. Mitglied 9T Labs AG arbeitet künftig mit Solvay SA (Brüssel, Belgien), Anbieter von Hochleistungsharzen und kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen, zusammen, um additiv hergestellte kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffteile (CFK) in die Massenproduktion zu bringen.

Das gemeinsame Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung von kohlenstofffaserverstärktem Polyetheretherketon (CF/PEEK), kohlenstofffaserverstärkten biobasierten Hochleistungspolyamiden und kohlenstofffaserverstärkten Polyphenylensulfid-Verbundwerkstoffen (CF/PPS) von Solvay für den Einsatz in der hybriden 3D-Druck-/Formproduktionsplattform von 9T Labs. Teile in kleinen bis mittleren Stückzahlen und Grössen für die Luft- und Raumfahrt, die Medizintechnik, die Luxus-/Freizeitindustrie, die Automatisierungsbranche sowie die Öl- und Gasindustrie können so kostengünstiger hergestellt werden. Ausserdem wird das Portfolio an reinen und kohlenstofffaserverstärkten Materialien, das 9T Labs seinen Kunden derzeit anbietet, erheblich erweitert.

«Mit den innovativen Verfahren und Anlagen von 9T Labs und den thermoplastischen Hochleistungswerkstoffen von Solvay sind wir gut aufgestellt, um Probleme zu lösen, die Hersteller in vielen Branchen seit langem plagen, wenn sie versuchen, fortschrittliche Verbundwerkstoffe einzusetzen – nämlich hohe Zusatzkosten, hoher Ausschuss und Probleme bei der Wiederholbarkeit und Rückverfolgbarkeit», erklärt Marco Apostolo, Director of Technology bei Solvay. «Wir glauben, dass diese Zusammenarbeit dazu beitragen wird, viele Herausforderungen zu lösen und den CFK-Materialien völlig neue Märkte und Anwendungen zu eröffnen.»

«Bei der Herstellung von Strukturteilen sind Metalle immer noch vorherrschend, da die Herstellung von CFK-Strukturteilen nicht wettbewerbsfähig ist», fügt Giovanni Cavolina, Mitbegründer und Chief Commercial Officer von 9T Labs, hinzu. «Die Red Series®-Plattform in Kombination mit den leistungsstarken und recycelbaren Materialien von Solvay wird dies ändern und CFK-Teile nachhaltiger, zugänglicher und wettbewerbsfähiger machen, insbesondere bei höheren Stückzahlen.»

Die hybride Fertigungstechnologie von 9T Labs ermöglicht die Herstellung hochleistungsfähiger Strukturteile aus kohlenstofffaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen in Produktionsmengen von 100 bis 10’000 Teilen pro Jahr – auch in anspruchsvollen kleinen bis mittelgrossen und dicken Profilen. Durch die Kombination des 3D-Drucks, der eine unübertroffene Designfreiheit, Teilekomplexität und Kontrolle der Faserorientierung bietet, mit dem Formpressen in angepassten Metallwerkzeugen, das schnelle Zykluszeiten, hohe Produktionsraten, hervorragende Oberflächen mit geringen Lunkern sowie eine hohe Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit (R&R) ermöglicht, bietet das hybride Produktionssystem das Beste aus additiver und konventioneller/subtraktiver Fertigung.

Die patentierte «Red Series® Additive Fusion Solution»-Plattform des Unternehmens besteht aus einem Build-Modul (3D-Drucker für die Herstellung von Fasern und Vorformen) und einem Fusion-Modul (kompakte Druckpresse für die Konsolidierung der Vorformen und die endgültige Formung der Teile). Die Hardware wird von der Fibrify® Design Suite von 9T Labs unterstützt. Diese Software ermöglicht den Import von CAD-Dateien, die Optimierung des Bauteildesigns und der Faseraufbauten und die anschliessende Weiterleitung an die wichtigsten kommerziellen Strukturanalyseprogramme zur Überprüfung der strukturellen Leistungsfähigkeit. Auf diese Weise entfällt der kostspielige und zeitaufwändige Zyklus der Konstruktion von Teilen, der Herstellung und Prüfung von Prototypen und der weiteren Modifizierung von Designs, um die Leistungs- und Kostenziele besser zu erreichen. Dies wiederum hilft den Herstellern, Teile schneller und zu niedrigeren Kosten auf den Markt zu bringen.

Das System kann schnell, effizient, konsistent und kostengünstig Strukturteile mit bisher unerreichter Komplexität aus hochentwickelten kohlenstofffaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen für das erste Prototyping bis hin zur Grossserienfertigung herstellen. Dank einer wachsenden Auswahl an bewährten Industriestandard-Materialien – unverstärktes und kohlenstofffaserverstärktes PEEK und PPS sowie Polyamid 12 (PA12) und Polyetherketon (PEKK) – können leichte Strukturbauteile aus Verbundwerkstoffen, die Metalle in anspruchsvollen Umgebungen ersetzen können, kostengünstig mit sehr geringem Abfall, einem ausgezeichneten Verhältnis zwischen Anschaffung und Fertigung und einer hohen Rentabilität hergestellt werden. Da die thermoplastischen Matrizen in der Schmelze wiederaufbereitet werden können, lassen sich Ausschussmaterial und Teile recyceln, und mehrere 3D-gedruckte Unterbaugruppen können während des Fusionsschritts zusammengeschweisst werden.