Deventer
25 feb. 2014
3 minuten
Met 3D printers zijn nu ook lichte constructies van grote sterkte te vervaardigen. Het Amerikaanse bedrijf Mark Forged claimt een koolstofvezelprinter te hebben ontwikkeld die zelfs onderdelen van vliegtuigvleugels en Formule 1-wagens kan maken.
De ‘Mark One’ verslaat volgens zijn bedenkers alledaagse 3D-printer dankzij een speciale printerkop. Het Composite Filament Fabrication (CFF) mondstuk dat het bedrijf ontwikkelde voor printen van vezels, wordt gecombineerd met traditioneel FFF (Fused Filament Fabrication) mondstuk voor printen van nylon en biologisch afbreekbaar polymelkzuur. Het resulteert in een printproduct van vezels, ingebed in een thermoplastische matrix. De geprinte producten zijn licht, maar hebben een hoge treksterkte.
Strengen koolstof
‘We maken lange ononderbroken strengen koolstof, waardoor het mogelijk wordt onderdelen te vervaardigen die aan zeer hoge prestaties voldoen’, zegt grondlegger Greg Mark erover. ‘Die doorbraak geeft ontwerpers de mogelijkheid functionele onderdelen te vervaardigen die anders alleen met een CNC machine zou kunnen produceren.’ Hij vergelijkt de prestaties van het materiaal met de hoge kwaliteit aluminium (6061-T6) die voor de bouw van vliegtuigvleugels en formule 1 auto’s wordt gebruikt. Productie van continue strengen levert veel hogere sterkte en stijfheid op dan bij gebruik van gehakte vezels. Driepunts buigtests op een Instron machine wijzen uit dat geprinte werkstukken met koolstofvezels een derde van de sterkte kunnen halen van de sterkste koolstofcomposieten geproduceerd met bestaande technieken. Tests door onafhankelijke onderzoeksorganisaties kan het bedrijf nog niet overleggen. ‘Maar daaraan wordt volop gewerkt’, aldus Mark.
Voordeel ten opzichte van bestaande productiemethoden voor koolstof onderdelen is, dat de printer ze snel kan maken en in vormen die met bijvoorbeeld verspanen niet mogelijk zijn. Bovendien is de machine (575 x 323 x 360 mm) prijstechnisch interessant. Zo’n 5.000 dollar voor alleen de 3D printer, 8.800 dollar inclusief een starterskit met de speciale ‘filaments’ – de ‘inkt’ voor de printer. Behalve koolstof kan het CFF-mondstuk, dat meerdere printbeurten meegaat, ook glasvezel en kevlar verwerken. De prijzen ervan variëren van 22 dollar/lb (48 $/kg) voor een bioplastic filament tot 550 dollar/lb (1.211 $/ton) voor een koolstofvezel filament.
Automotive
Omdat de machine iedere vorm kan printen is hij potentieel interessant voor veel meer toepassingen dan de automobielindustrie. Van origine is Mark Forged voor die branche toeleverancier, het bedrijf produceerde onder meer achtervleugels voor raceauto’s. Volgens de bedenkers kan het apparaat ook onderdelen printen voor bijvoorbeeld robots, protheses en raketten.
Vormen die de Mark One print, worden gewoonlijk gemaakt met een kern van koolstofvezels, gelegen rond een nylon honingraatstructuur en aan de buitenzijde afgewerkt met een nylonlaag. Allemaal laagje voor laagje opgebouwd met dezelfde machine. Daarin verschilt het productieproces van dat van automated fibre placement (AFP) machine, waarbij vezels in een mal worden geperst. De 3D printer heeft helemaal geen mal nodig, na aanbrengen op het werkstuk hardt het printmateriaal direct uit. De printer kan verschillende printmaterialen naadloos in elkaar laten overlopen. De hoogste resolutie verschilt: die van CFF is 200 micron, die van FFF 100 micron. De bijgeleverde software controleert ook de oriëntatie van de vezels.
Volgens het bedrijf uit Cambridge, Massachusetts zijn de geprinte onderdelen vijfmaal sterker en twintigmaal stijver zijn dan die van ABS, het meest gangbare materiaal waarmee 3D printers werken. De Mark One print zelf niet met ABS.
Dit najaar verwacht Mark Forged de eerste exemplaren te kunnen verschepen naar de Verenigde Staten en de Europese Unie, inclusief Nederland. Een Europese agent/import is er nog niet.