Additive-FertigungAPS Wizard 480+: Die industrielle Fertigung der Zukunft kommt aus Österreich
Das österreichische Startup aps.techsolutions stellt mit dem Wizard 480+ ein zukunftsweisendes System in der Additiven Fertigung – salopp oft als 3D-Druck bezeichnet – vor. Für das Fertigen eines Bauteils stellt es drei verschiedene Material-Extrusions-Verfahren (MEX) zur Wahl. Eine einzigartige Druckkopftechnologie mit automatisiertem Werkzeugwechsler ermöglicht den Einsatz von bis zu vier Materialvarianten gleichzeitig in einem einzigen Fertigungsprozess.
Was jetzt wie Zauberei anmutet, ist letztendlich das Ergebnis der jahrelangen Entwicklungsarbeit einer Gruppe von fünf Ingenieuren und Technikern, die gemeinsam über hundert Jahre Expertise in der Konstruktion und Entwicklung vorweisen können.
Drei MEX-Technologien zur Auswahl
• FFF/FDM – Fused Filament Fabrication/Fused Deposition Modeling: Ein Kunststofffaden wird zu einem Heizelement vorgeschoben, das den Faden zum Schmelzen bringt. Der geschmolzene Kunststoff wird durch eine Düse gedrückt und aufgetragen.
• FFF/FDM von Sinterwerkstoffen: Statt Kunststoff wird ein Gemisch aus Metall (oder Keramik) und Bindermittel (Polymer) verwendet. Die gefertigten Bauteile müssen anschließend in einem eigenen Verfahren entbindert (vom Polymer befreit) und gesintert (in einem Spezialofen verfestigt) werden.
• CFF – Continuous Filament Fabrication: Das von aps.techsolutions zum Patent angemeldete Verfahren zur Additiven Fertigung mit Endlosfaserstoffen. Im Gegensatz zur FFF/FDM-Methode wird hier kein Kunststoff verwendet, sondern ein kontinuierlicher Strang eines mit Polymer durchnetzten oder beschichteten Composite Materials (wie Carbon, Aramid, Glasfaser) oder eine Metalllitze (wie Kupferdraht). Mittels eines eigens entwickelten Schneidmechanismus können die Stränge durchtrennt und komplexe Strukturen geschaffen werden.
So ist der Wizard 480+ in der Lage, aus Hochleistungspolymeren in Kombination mit Carbonfaser, Glasfaser oder Metalldraht hoch belastbare und zugleich sehr leichte Funktionsbauteile zu erzeugen und mit hoher Präzision On-Demand, nach dem individuellen Bedarf, zu fertigen. Die Ersparnis von Material und Lieferwegen begünstigt auch die Energieeffizienz der Komponenten – beides bedeutet einen Vorsprung im internationalen Wettbewerb. Die Anwendungsbereiche des bislang weltweit einzigartigen Systems liegen unter anderem im Maschinenbau, der Luft- und Raumfahrt oder Automobilindustrie – das Potenzial ist bei weitem noch nicht ausgeschöpft.
Beim Wizard 480+, mit der von aps.techsolutions eigens entwickelten und zum Patent angemeldeten Druckkopftechnologie, gibt es keine Einschränkungen bei der Benutzung von Materialien von Drittanbietern.
Wizard 480+ im Überblick
• Bauraumgröße: 400 x 255 x 370 mm
• Wiederholgenauigkeit: ± 0,02 mm
• Min. Schichtstärke: 0,01 mm
• Heizbetttemperatur: bis 200° C
• Extrudertemperatur: bis 500° C
• Gewicht: ca. 150 kg
• Außenmaße: 1.400 x 900 x 720 mm
• Bauraumüberwachung: 4K Zeitraffer, HD Livestream
• Anzeige/Eingabe: 7'' Touchdisplay
• Anschlüsse: Ethernet, USB
(h3)Weiterführende technische Spezifikationen:
https://aps-techsolutions.com/de/additive-manufacturing/wizard-480-1
Hochkomplexes Arbeitsgerät
Das Heizbett des Wizard lässt sich bis zu einer Temperatur von 200° C, die Druckköpfe bis zu 500° C erhitzen, wodurch auch Hochleistungskunststoffe verarbeitet werden können. Die Wasserkühlung der Druckköpfe und der stabile Portalaufbau der Maschine sorgen für Prozesssicherheit, Präzision und eine Wiederholgenauigkeit von bis zu 0,02 mm. Der Wizard 480+ wird über ein 7-Zoll-Touchdisplay bedient und verfügt über Ethernet- und USB-Anschlüsse. Die Stromversorgung kann über eine haushaltsübliche Steckdose erfolgen (230 V, 2500 W). Als Slicer-Software empfiehlt aps.techsolutions Simplify3D (Lizenz inkludiert). Beim Kauf eines Endlosfaserdruckkopfs ist das APS Post-Processing-Programm inkludiert.
Im Gegensatz zu den meisten aktuell am Markt befindlichen Systemen ist der Wizard kein Plug-&-print-System, sondern ein hochkomplexes Arbeitsgerät für erfahrene Ingenieure, das modular aufgebaut ist und in Abstimmung mit den Anforderungen der Anwender konfiguriert werden kann. Eine nachträgliche Erweiterung bzw. ein Update auf neue und/oder andere Anwendungen ist jederzeit möglich.
Das direkte, vollautomatische Einbringen eines Kupferdrahtes in ein additiv gefertigtes Teil ermöglicht die Herstellung elektrischer und elektronischer Komponenten mit hochkomplexen Geometrien.
Challenge Endlosfaser
Die kreative Fertigung von Funktionsbauteilen, die unterschiedlichste Anforderungen hinsichtlich Leitfähigkeit oder Belastbarkeit erfüllen und sofort einsatzfähig sind – das war mit den gängigen 3D-Druckern und dem auf dem Markt verfügbaren Material noch vor Kurzem nicht möglich. So stand das Entwicklerteam von aps.techsolutions im Jahr 2017 vor der Aufgabe, den gesamten Fertigungsprozess der additiven Extrusion von Endlosfasern neu zu definieren und im Detail aufzubauen. Folglich stecken gleich mehrere Erfindungen auf einmal in der neuen Industriemaschine. Die erste Herausforderung für das Team war die aufwändige Entwicklung einer geeigneten Carbonfaser – die Fachwelt spricht von Endloscarbonfaser-Filament – deren Eigenschaften das Entstehen von komplexen und leistungsfähigen Funktionsbauteilen der neuen Generation erst ermöglichen sollte.
Eine mit Endloscarbonfaser hergestellte Gabelbrücke für den Motorsport zeichnet sich durch maximale Steifigkeit bei geringstem Gewicht aus.
Variantenreiche Funktionsbauteile aus einem Guss
Das Herz der neuen Technologie schlägt in der (zum Patent angemeldeten) CFF-Druckkopftechnologie des Systems, die mithilfe einer ebenfalls neu entwickelten Software Freiheiten bei der Konstruktion und der Fertigung von Bauteilen ermöglicht, die es bis dato nicht gab. Es gelingt nicht nur die additive Verarbeitung von Composite-Endlosfasern, sondern auch die additive Verarbeitung von Metalldrähten in einem Fertigungsvorgang. So ist es mit dem Wizard in einem einzigen Prozess möglich, Bauteile zu konstruieren und zu fertigen, die teils elektrisch leitfähig, dabei extrem belastbar, leicht und an bestimmten Stellen sogar elastisch sind. Das ist weltweit bislang einzigartig.
Für den Erfolg des hochambitionierten Projekts sind nicht nur die Expertise und der Erfindungsreichtum, sondern auch das starke Teambewusstsein der Ingenieure von aps.techsolutions verantwortlich. Dass alle Mitglieder des Entwicklerteams kompromisslos am selben Strang ziehen, zeigt sich nicht zuletzt in der Tatsache, dass es auch für Statements geschlossen auftritt. Als gutes Beispiel für die mit dem neuen System verbundenen Vorteile erachtet das Entwicklerteam die Beschaffung einer Teilscheibe zur Herstellung eines Bauteils: „Da der ursprüngliche Hersteller der Teilscheibe nicht mehr am Markt aktiv war, hätte die Beauftragung eines Spezialunternehmens Kosten von circa 700 Euro und eine Lieferzeit von mindestens fünf Wochen bedeutet. So konstruierten die Ingenieure die Scheibe innerhalb einer Stunde und fertigten sie in drei Stunden mit Materialkosten von fünf Euro.“
Abseits solcher Standardprozeduren gilt: Je spezieller die Anforderungen an ein Bauteil, desto weniger 3D-Drucker können diese erfüllen. Manche Fertigungsprozesse sind derzeit ausschließlich mit dem Wizard möglich, andere erfahren durch ihn einen enormen Qualitätsschub. Im Auftrag von Swiss Factory verbesserte aps.techsolutions etwa die Stabilität eines Drohnenarms, ohne die Konstruktion selbst zu verändern. Den entscheidenden Unterschied lieferte die Technologie der Vorarlberger. Darüber hinaus konnte bereits im Rahmen des Fertigungsprozesses Kupferdraht für elektronische Komponenten in den Drohnenarm integriert werden.
Durch die Möglichkeit, vollautomatisch Endlosfasern zu implementieren, lassen sich Bauteile zielgerichtet lastoptimieren.
Schlüsseltechnologie für die Industrie
Die Fachwelt erachtet das additive Extrusionsverfahren mit Endlosfaser als zukünftige Schlüsseltechnologie, die am Anfang der breiten industriellen Anwendung steht. Dem Entwicklerteam zufolge erweitert der Wizard substanziell die konstruktiven Möglichkeiten im Leichtbau und der industriellen Herstellung von Composite-Bauteilen. Forschungseinrichtungen wie das deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) befassen sich derzeit damit, das Potenzial des neuen Verfahrens sichtbar und vor allem nutzbar zu machen. Das Entwicklerteam von aps.techsolutions ist als Mitglied einer DLR-Arbeitsgruppe derzeit dabei, die Einsatzmöglichkeiten zu evaluieren – mit dem Ziel, konkrete und nützliche Anwendungen zu identifizieren und der Industrie zugänglich zu machen.
Was jetzt wie Zauberei anmutet, ist letztendlich das Ergebnis der jahrelangen Entwicklungsarbeit einer Gruppe von fünf Ingenieuren und Technikern, die gemeinsam über 100 Jahre Expertise in der Konstruktion und Entwicklung vorweisen können. „Das Ziel unserer Anstrengungen war, eine führende Position im industriellen High-End-Bereich additiver Extrusionsverfahren zu besetzen. Die große Nachfrage zeigt, dass uns dies gelungen ist, und darauf sind wir stolz“, so das Entwicklerteam.
formnext: 12.1, G16
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