CarbonForm entwickelt 3D Fiber Tethering-Technologie für Endlosfaser-Verbundwerkstoffe
Ein Startup aus Delaware bringt die additive Fertigung von duroplastischen Verbundwerkstoffen über die Grenzen traditioneller Techniken hinaus, mit Fokus auf Drohnenrahmen und Hochleistungs-Luftfahrtkomponenten.
CarbonForm, ein Spin-off der University of Delaware, hat einen additiven Fertigungsprozess namens 3D Fiber Tethering (3DFiT) entwickelt, der es ermöglicht, duroplastische Endlosfaser-Verbundwerkstoffe auf dreidimensionale Strukturen aufzubringen. Die Technologie, derzeit in der Kommerzialisierungsphase, zielt darauf ab, komplexe Hochleistungskomponenten für Anwendungen wie Drohnenrahmen herzustellen.
Das Startup, gegründet von dem Universitätsdozenten Kelvin Fu zusammen mit Ismail Mujtaba Khan, Md. Habib Ullah Khan und Kaiyue Deng, ist derzeit im Center for Composite Materials der Universität untergebracht. Ziel ist es, mit dem Wachstum des Unternehmens in eine eigene Einrichtung umzuziehen.
Der 3DFiT-Prozess: Abscheidung auf einem Scaffold
Das 3D Fiber Tethering verwendet dreidimensionale Stützstrukturen, um Verbundmaterial abzuscheiden, und überwindet damit die Grenzen der typischen zweidimensionalen Schichten des herkömmlichen 3D-Drucks.
Der 3DFiT-Prozess beinhaltet die Abscheidung von Endlosfasern in einer duroplastischen Matrix auf einem dreidimensionalen Scaffold. Der Druckkopf ist auf einem Roboter montiert, was Bewegungsfreiheit im Raum ermöglicht.
“Dieser Prozess gibt uns eine 3D-Raumpositionierung, um hochfeste dreidimensionale monolithische Strukturen in wenigen Minuten herzustellen”, erklärt das Team von CarbonForm.
- Kontinuierliche Faserabscheidung auf 3D-Gerüst
- Duroplastische Verbundwerkstoffe
- Auf Roboter montierter Druckkopf
- Herstellung monolithischer Strukturen in Minuten
- Topologische Designoptimierung
Laut Ismail Khan entstand die Technologie aus der Notwendigkeit, die hohen mechanischen Leistungen von duroplastischen Endlosfaser-Verbundwerkstoffen mit der Geschwindigkeit und der Automatisierung der additiven Fertigung zu kombinieren. Ziel war es, die Einschränkungen durch die Dicke zu beseitigen, die herkömmliche 3D-gedruckte Laminate beeinträchtigen.
Drohnenrahmen: erste kommerzielle Anwendung
CarbonForm setzt auf den Drohnenmarkt, wo die Nachfrage nach komplexen und leistungsstarken Komponenten schnell wächst.
Die erste kommerzielle Anwendung der 3DFiT-Technologie betrifft kleine, komplexe und leistungsstarke Komponenten wie Drohnenrahmen. Mit dem Wachstum des Drohnenmarktes steigt der Bedarf an Technologien, die wiederholbare, skalierbare und leistungsfähige Komponenten herstellen können.
Das Startup aus Delaware positioniert sich in diesem Segment, indem es eine Lösung für die kundenindividuelle Produktion komplexer Teile in kleinen Stückzahlen anbietet. Der Prozess nutzt sowohl das topologisch optimierte Design als auch die intrinsischen Eigenschaften des Endlosfaser-Verbundwerkstoffs.
Das 3DFiT-Verfahren ähnelt konzeptionell dem 3D-Druck mit opferbaren Stützstrukturen oder der Verwendung von “Rafts” beim Sintern von mittels Binder Jetting hergestellten Metallteilen, wendet diese Prinzipien jedoch auf Endlosfaser-Verbundwerkstoffe an.
Staatliche Unterstützung und technologische Entwicklung
Das Verfahren wurde mit Unterstützung des ARPA-E-Programms des US-Energieministeriums mitentwickelt.
Die 3DFiT-Technologie wurde vom CarbonForm-Team mit Unterstützung des ARPA-E OPEN’21-Programms des US-Energieministeriums (DOE) entwickelt. Diese Finanzierung ermöglichte die Weiterführung der Forschung und Entwicklung des patentierten Verfahrens.
Die Technologie stellt eine Erweiterung der traditionellen Grenzen der additiven Fertigung dar. Wie Stephanie Hendrixson anmerkt, “verschiebt das Verfahren die Grenzen dessen, was wir typischerweise als ‘additive Fertigung’ betrachten würden”.
Die Positionierung von CarbonForm im Markt für Hochleistungsverbundwerkstoffe könnte neue Möglichkeiten für Anwendungen eröffnen, die komplexe Geometrien, hohe mechanische Festigkeit und kurze Produktionszeiten erfordern. Die Fähigkeit, in wenigen Minuten dreidimensionale monolithische Strukturen herzustellen, stellt einen potenziellen Wettbewerbsvorteil gegenüber traditionellen Laminierverfahren dar.
articolo scritto con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale
Fragen & Antworten
Was ist die 3D-Fiber-Tethering-Technologie (3DFiT)?
3DFiT ist ein von CarbonForm entwickeltes additives Fertigungsverfahren, das duroplastische Verbundwerkstoffe mit Endlosfasern auf dreidimensionale Gerüste aufträgt. Es nutzt einen robotermontierten Druckkopf, um komplexe monolithische Strukturen zu erzeugen und überwindet dabei die Grenzen zweidimensionaler Schichten.
Welche Hauptvorteile bietet das 3DFiT-Verfahren im Vergleich zum herkömmlichen 3D-Druck?
Die Technologie ermöglicht eine echte räumliche 3D-Positionierung und beseitigt die für herkömmliche Laminate typischen Einschränkungen in Dickenrichtung. Dies erlaubt die Herstellung hochfester monolithischer Strukturen in wenigen Minuten mit topologischer Designoptimierung.
Wer hat das Startup CarbonForm gegründet und wo hat es seinen Sitz?
CarbonForm ist ein Spin-off der University of Delaware, gegründet vom Dozenten Kelvin Fu zusammen mit Ismail Mujtaba Khan, Md. Habib Ullah Khan und Kaiyue Deng. Das Startup ist derzeit am Center for Composite Materials der Universität untergebracht.
Welche erste kommerzielle Anwendung ist für die 3DFiT-Technologie geplant?
Die erste kommerzielle Anwendung betrifft die Herstellung von Drohnenrahmen, kleinen, komplexen und leistungsstarken Komponenten. Die Lösung zielt darauf ab, die wachsende Nachfrage nach Kleinserien- und On-Demand-Produktion im Drohnensektor zu erfüllen.
Welche Materialien verwendet das robotergestützte Drucksystem von CarbonForm?
Das System nutzt duroplastische Verbundwerkstoffe, die mit Endlosfasern verstärkt sind und auf dreidimensionale Trägerstrukturen aufgetragen werden. Diese Kombination vereint die hohen mechanischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen mit der Geschwindigkeit und Automatisierung der additiven Fertigung.
