Калифорнийская компания Arevo анонсировала новый, более производительный вариант необычной аддитивной системы, полагающейся на лазерное наплавление филамента из конструкционного термопласта, армированного непрерывным волокном, и заявила о намерении наладить масштабное аддитивное производство композитных изделий на заказ. Рассказываем о сути разработки и амбициозных планах.
Новая система, получившая название Aqua 2, отличается повышенной производительностью, печатая примерно в четыре раза быстрее оригинальной модели. Рабочий объем аддитивной установки достигает одного кубического метра. Анонс нового 3D-принтера послужил отправной точкой для инвестиционного раунда B, добавившего в копилку предприятия еще двадцать пять миллионов долларов до общей суммы вложенных средств в районе $60 млн. Есть и другие источники финансирования: компания уже работает на коммерческом рынке, предлагая услуги по 3D-печати изделий из композитных материалов для строительной отрасли, аэрокосмического сектора, тяжелой промышленности, производителей потребительских товаров. В общем, всех, у кого есть желание и деньги.
В июле этого года стартап запустил краудфандинговую кампанию на площадке Indiegogo — прием заказов на два варианта велосипедов Superstrata, обычный и со вспомогательным электроприводом, с кастомизируемыми рамами, подгоняемыми под форму тела индивидуальных пользователей. Минимальную планку в сто тысяч долларов стартап преодолел менее чем за три минуты, а на текущий момент сумма превышает четыре миллиона долларов с более чем двумя с половиной тысячами заказчиков. Рамы предполагается производить на аддитивных установках собственной разработки, печатающих полимерами с высоким содержанием непрерывного армирующего волокна. Но давайте немножко разберемся в сути разработки.
3D-печать армированными термопластами развивается уже несколько лет и доступна как в промышленном, так и настольном сегменте. В число наиболее впечатляющих промышленных вариантов входят крупноформатные аддитивные установки BAAM (Big Area Additive Manufacturing, на иллюстрации ниже) от Cincinnati Incorporated, используемые компанией Local Motors в производстве композитных автомобильных кузовов, и гибридные аддитивно-субтрактивные системы семейства LSAM (Large Scale Additive Manufacturing) за авторством Thermwood Corporation. Ради повышения производительности такое оборудование использует полимерные и композиционные грануляты, однако владельцам настольных 3D-принтеров доступен растущий ассортимент угле- и стеклонаполненных филаментов на основе разных полимеров.
Хотя подобные композиционные материалы и дают прирост в плане физико-механических характеристик, польза ограничивается использованием коротких волокон. Полный потенциал можно реализовать только при использовании непрерывного армирующего волокна, и такие аддитивные системы тоже существуют: настольный сегмент представлен как минимум двумя производителями — американской Markforged и российско-люксембургской Anisoprint (на иллюстрации ниже). В число более экзотичных вариантов входит технология CFCSM (Continuous Fiber Composites Smart Manufacturing) итальянской команды +Lab с использованием фотополимеров и реактопластов, но это уже другая история.
Казалось бы, все уже придумано, но нет. В разработке Arevo есть несколько интересных моментов. Как и многие аддитивные системы промышленного назначения, 3D-принтеры семейства Aqua используют в качестве системы позиционирования многоосевые роботы-манипуляторы, однако метод нанесения материала кардинальным образом отличается от экструзионных систем, печатающих филаментами и гранулятами. Здесь тоже используется филамент, но плавление осуществляется не хотэндом с нагревательным элементом, а лазерным излучателем, благодаря чему достигается как высокая производительность, так и надежность — раз нет экструдера, то не приходится волноваться о забивании и износе сопла, а долю армирующего волокна в филаменте можно нарастить. Очевидно, для плотной укладки слоев этого мало, поэтому расплав прессуется роликом, вдавливающим материал в полости и обеспечивающим удельную плотность свыше 99%.
Но и это еще не все. Высокая энерговооруженность системы позволяет работать с тугоплавкими конструкционными термопластами, поэтому стандартным расходным материалом служит филамент-препрег из полиэфирэфиркетона (ПЭЭК, PEEK) с 50-процентным содержанием непрерывного углеволокна. Наконец, использование многоосевого манипулятора позволяет с высокой степенью свободы укладывать слои внахлест, тем самым повышая изотропность и более равномерно распределяя прочность изделий в разных направлениях нагрузки.
Срез типичного филамента, используемого аддитивными системами от Arevo
Если верить представленным данным, механические характеристики протестированных 3D-печатных образцов с однонаправленной укладкой волокон значительно превышают показатели напечатанных на FDM 3D-принтере образцов из нейлона с 35-процентным содержанием рубленого углеволокна: более чем в четырнадцать раз по модулю упругости и более чем в двадцать два раза по пределу прочности. Если же сравнивать с прошедшими термообработку в автоклаве углепластиковыми образцами из ПЭЭК с эквивалентным содержанием карбона, то необработанные 3D-печатные изделия от Arevo проигрывают по прочности на разрыв и сжатие примерно на 30% при почти эквивалентном модуле упругости, и это очень хороший результат. Доклад с подробным описанием испытаний доступен по этой ссылке.
Пока что Arevo не горит желанием предлагать аддитивные системы на продажу, предпочитая монетизировать наработки через производство 3D-печатных товаров и комплектующих. Планы у компании грандиозные: в начале лета Arevo заявила о намерении создать предприятие по быстрому аддитивному производству композитных изделий сложной геометрической формы на заказ с «сотнями производственных систем в центре пока еще не анонсированного азиатского города». Основой проекта как раз послужит аддитивная система второго поколения.
Источник: 3dtoday.ru
