3D-печать непрерывным волокном: технология коэкструзии композитного волокна от Anisoprint

3D-печать непрерывным волокном: технология коэкструзии композитного волокна от Anisoprint
Федор Антонов, генеральный директор Anisoprint

Anisoprint – это компания со штаб-квартирой в Люксембурге, которая работает над инновационной технологией производства композитов с помощью 3D-печати. Компания разработала программное обеспечение Anisoprint Aura, 3D-принтер Composer, а также собственные материалы для 3D-печати, включая материал, основанный на непрерывном базальтовом волокне. 

В интервью 3Dnatives генеральный директор Anisoprint Федор Антонов рассказал о самой компании, её продуктах и технологиях, а также о различных проблемах, связанных с 3D-печатью композитов.

Расскажите о своей компании и о том, какое отношение к 3D-печати вы имеете

Anisoprint — это технологическая компания, основанная инженерами и учёными с общим видением того, как работают композитные материалы, если они были правильно разработаны и используются по назначению, а также насколько существенно они могут изменить процесс производства.

Мы научились управлять уникальными свойствами композитов и разработали технологию, с помощью которой можно заменить металл, при этом получать более прочные, лёгкие и дешёвые изделия.

Идеальным подходом для реализации этого видения оказалась 3D-печать – термин, который охватывает широкий спектр технологий, кардинально изменивших способ производства во многих отраслях промышленности через цифровизацию и автоматизацию.

В настоящее время наша технология 3D-печати композитов с непрерывными волокнами позволяет снизить производственные затраты в большинстве индустрий, начиная с авиакосмической и заканчивая здравоохранением.

3D-печать армированными полимерами
Изображение: Анизопринт

Расскажите о 3D-принтере вашей разработки. В чём его особенности?

Наши принтеры созданы на основе собственной запатентованной технологии коэкструзии композитного волокна (CFC). Коэкструзия композитного волокна является ключевой инновацией наших продуктов, она существенно отличается от других подходов к 3D-печати композитов с непрерывными волокнами (препрег, то есть предварительная пропитка), коэкструзия сухого волокна, ламинирование – все они имеют свои ограничения).

CFC технология заключается в том, что мы армируем пластик непрерывными композитными волокнами непосредственно во время процесса печати, а не на предварительной стадии, как происходит в других технологиях. Этот подход позволяет использовать любой пластик (PETG, ABS, PC, PLA, Nylon и т.д.), а также изменять плотность композитного заполнения в композите.

Варьируя материалы для армирования, направление волокон и плотность заполнения, мы можем создавать наиболее подходящие для определенной задачи детали сложных форм и сетчатые конструкции, приближаясь к бионическому дизайну.

В конечном итоге такие возможности приводят к снижению производственных затрат, поскольку в этом подходе ипользуется ровно необходимое количество материала для получения деталей с требуемыми свойствами.

3D-принтер Анизопринт
Источник: Анизопринт

Основная причина, почему мы не видим конструкций из композитных материалов повсюду, как в окружающей природе, это существующие производственные технологии, которые накладывают слишком много ограничений на варианты применений композитных материалов.

Конструкции должны быть плоскими, волокна прямыми, а выбор материалов ограничен. Большинство технологий – дорогие и требуют ручного труда. Мы решили разработать технологию, у которой минимум таких ограничений при сохранении уникальных свойств композитов: прочности и лёгкости.

В нашем первом продукте, Anisoprint Composer, уже реализовано большинство из этих идей. Это настольное, удобное и недорогое устройство, которое позволяет армировать термопластичные полимеры любого типа высокопрочными армирующими волокнами, подобно арматуре в бетоне, создавая материал в десятки раз прочнее.

Для удобства управления характеристиками материала мы разработали собственное программное обеспечение — Anisoprint Aura. Его можно скачать бесплатно с нашего сайта. Оно позволяет контролировать направление волокна и его объёмную долю и создавать сложные по форме конструкции с желаемыми свойствами, которые будут легче, прочнее и дешевле, чем любой другой материал.

Какие сложности возникают при 3D печати композитными материалами и в чем преимущество этого процесса?

Главная сложность, с которой мы столкнулись при печати композитов, связана с природой этого материала. Чтобы создать композит, необходимо объединить две составляющие – армирующую (то, что дает материалу прочность) и матрицу (заставляет работать вместе разные армирующие элементы). Это непростой процесс.

В большинстве случаев армирующий элемент – это волокнистый материал, который состоит из очень длинных и тонких микрофибр, а матрица – это вязкий полимер. Достаточно сложно объединить эти две составляющие, обеспечивая хорошую пропитку волокон полимером и связь между компонентами.

Мы делаем это в два этапа: сначала пропитываем волокна специальным полимером, который обладает низкой вязкостью в неотверждённом состоянии, легко проникает внутрь волоконной пряди и плотно сцепляется с ней. Затем мы нагреваем его и полимер отверждается, превращаясь в жёсткое и твёрдое вещество. Это происходит ещё до начала печати.

3D-печать композитами Анизопринт
Изображение: Анизопринт

В процессе печати получившееся твердое композитное волокно используют как армирующий компонент. Оно проходит через сопло вместе с полимером, полимер скрепляет вместе волокна, после чего они приобретают форму будущей детали. Вот почему этот процесс называется коэкструзией.

Такой подход позволяет подобрать полимер с определённой химической стойкостью, фрикционными свойствами, огнестойкостью и другими характеристиками, которые вы хотите применить во время процесса печати, чтобы создать деталь многократно прочнее, даже прочнее металла.

В каких отраслях промышленности вы хотите применить ваше технологическое решение?

Композиты высоко востребованы в разных отраслях, там, где важен небольшой вес материала. Прежде всего, это авиакосмическая отрасль (самолеты, вертолёты, дроны, космические корабли), средства передвижения с высокими эксплуатационными характеристиками (спортивные и гоночные автомобили, мотоциклы, велосипеды) и здравоохранение (протезы, ортопедические брекеты, корсеты, стельки).

3D-печать непрерывным волокном
Изображение: Анизопринт

Во всех этих отраслях уже активно применяют композитные материалы для создания некоторых продуктов, но внедрение 3D-печати композитов способно значительно увеличить количество таких деталей в этих продуктах.

В результате мы получим более лёгкие самолёты, потребляющие меньше топлива, что делает перелёт дешевле; электромобили, которым требуется меньше энергии для перемещения на большие расстояния; велосипеды – такие же лёгкие, как сумка для покупок; а люди с особыми потребностями получат тонкие и лёгкие протезы, созданные по индивидуальному заказу и идеально подходящие их телу.

Тем не менее, это долгий путь. Нам нужно убедиться, что материалы и конструкции, которые мы производим, надёжны, безопасны и имеют предсказуемый срок эксплуатации. Вот поэтому каждая отрасль, особенно когда характеристики продукта могут повлиять на жизни людей, требует соблюдения строгих и сложных процедур сертификации. Абсолютно всё должно пройти сертификацию: материал, оборудование, производственный процесс.

Сертификация — это сегодня один из основных барьеров, который препятствует 3D-печатным продуктам войти в нашу повседневную жизнь. Мы тоже работаем над сертификацией наших материалов и технологий, однако это только начало пути, как, впрочем, и для большинства игроков на рынке 3D-печати. Это означает, что сегодня мы должны найти другие варианты применений. И такие сегменты есть: например, производственная оснастка.

Большинство технологий, с которыми работают наши заказчики, требуют специальной оснастки, такой как пресс-формы, штампы, зажимы, крепёж, подвески и т. д. Эти инструменты должны быть сделаны быстро и по запросу. Зачастую они подвергаются значительным нагрузкам при эксплуатации, требуют жёсткости и прочности.

Во многих случаях ими пользуются люди, поэтому они должны быть лёгкими. Используя анизопринтинг, можно получить инструменты, обладающие всеми этими характеристиками.

Наши клиенты, которые внедрили 3D-принтер Composer на своём производстве, имеют возможность заменить любую сломанную деталь в течение нескольких часов, а не месяцев, как в случае с деталями, которые нужно заказывать у сторонних поставщиков оснастки.

3D-печать армированным пластиком
Изображение: Анизопринт

Они производят замену деталей прямо на своем производстве, сокращая время простоя оборудования. Они также значительно сократили затраты, поскольку напечатанные детали дешевле, имеют более длительный срок службы и не требуют таких затрат на коммуникацию и логистику со сторонними компаний.

Какие проекты вы планируете в будущем?

Теперь у нас есть два формата настольных принтеров Composer, это всё ещё нишевый продукт, используемый для изготовления инструментов, крепежа и подвесок, неосновных запасных частей для велосипедов, скутеров и инвалидных колясок. Его также используют для исследований в нескольких университетах Европы и России.

Наша главная цель – вывести на рынок реальные промышленные технологии для крупных секторов промышленности: аэрокосмической, автомобильной, обрабатывающей промышленности, здравоохранения и т. д.

Следующее поколение продуктов Anisoprint – это 3D-принтеры, материалы и программное обеспечение для промышленного использования.

Скажете несколько слов нашим читателям напоследок?

Эра 3D-печати обязательно наступит. У нас просто нет другого выхода. Преимущества, которые она предлагает по сравнению с традиционным производством, очевидны, поэтому нам просто необходимо пойти по этому пути.

Различные виды материалов по-прежнему будут использоваться: пластик, металл и композиты, но то, как мы их разрабатываем, производим и поставляем, изменится навсегда. И это будет более экологичный и естественный путь.

Использование

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*