Un extrudeur robot abordable débloque l'impression 3D composite à grande échelle

CEAD (Delft, Pays-Bas) a commercialisé le système CFAM Prime pour l'impression 3D à grande échelle de composites, utilisant une tête d'impression brevetée qui peut renforcer les thermoplastiques avec des fibres continues et courtes dans la même pièce. Alors que le producteur néerlandais de composites Poly Products (Werkendam, Pays-Bas) explique son investissement dans ce système dans l'article « Think big, print bigger » dans le numéro actuel de Kunststof Magazine, CEAD reconnaît que d'autres entreprises nécessitent une approche différente.

« Nous voyons la demande pour l'impression 3D à grande échelle croître », explique Charlène van Wingerden, responsable du développement commercial chez CEAD. « Mais toutes les entreprises n'ont pas l'espace pour une grande installation comme notre système CFAM en raison de son encombrement de 8 sur 4 sur 4,5 mètres. » Cependant, comme de nombreuses entreprises ont déjà des bras robotisés ou des systèmes portiques (par exemple, usinage CNC), CEAD a développé un extrudeur autonome qui peut être intégré dans de tels systèmes, offrant ainsi une solution à investissement réduit pour explorer les possibilités de la fabrication additive.

« Nous construisions des moules en mousse de polyuréthane usinée CNC et stratification manuelle PRV (plastique renforcé de fibres de verre), mais cette approche impliquait trop de main-d'œuvre et de déchets », explique György Juhász, propriétaire de Rapid Prototyping (Budapest, Hongrie) qui a acheté un extrudeur robot CEAD en décembre. « Nous imprimons maintenant en 3D des moules en utilisant du polypropylène renforcé de 30 % de fibres de verre courtes et réduisons notre temps de main-d'œuvre de 50 %. »

L'extrudeur robot CEAD est conçu pour être une solution légère avec un débit élevé pour l'impression 3D de composites à grande échelle. Ce système est livré avec tout le nécessaire pour l'impression 3D : l'extrudeur robot, une commande basée sur PLC Siemens, le stockage de matériau, le transport de matériau, le refroidissement par eau et un support de montage d'extrudeur facile à installer.

Polyères hautement chargées et gamme de thermoplastiques

L'extrudeur robot CEAD est un système haute température conçu sur mesure dédié à l'impression 3D. En utilisant quatre zones de chauffe, l'extrudeur fait fondre progressivement des granulés thermoplastiques purs ou renforcés. Il est entraîné par un servomoteur Siemens et un réducteur planétaire pour les couples plus élevés nécessaires au traitement de certains matériaux. L'extrudeur robot est conçu pour atteindre des températures de 330 °C par défaut ou jusqu'à 400 °C pour la version haute température, ce qui permet d'extruder une large gamme de matériaux thermoplastiques renforcés de fibres — même du PEEK (polyétheréthercétone).

La mise à niveau vers un servomoteur de 1 kilowatt donne un couple standard de 63 Nm et un couple de pointe de 144 Nm, bénéfique pour l'impression de matériaux difficiles et résistants à haut débit. L'utilisation de matériaux de qualité technique peut pousser un extrudeur à ses capacités maximales, par exemple Arnite PET (téréphtalate de polyéthylène) renforcé de 50 % de fibres de verre et PESU (polyéthersulfone) chargé en carbone. Bien que le servomoteur standard soit capable de traiter ces matériaux, la mise à niveau donne un peu plus de débit, si nécessaire.

Stockage et transport du matériau

L'extrudeur robot comprend un stockage pour jusqu'à 25 kilogrammes de matériau qui n'a pas besoin d'être séché en profondeur. Pour les matériaux qui doivent être séchés, la pompe de transport de matériau est située sous le stockage et peut être directement reliée à un sécheur externe. La pompe de transport souffle le matériau séché dans la trémie de l'extrudeur, un processus affiné via les commandes Siemens.

Puisque l'extrudeur robot est livré comme un ensemble complet, l'unité de transport de matériau est incluse. Beaucoup de recherche a été consacrée au développement d'un système de transport de matériau fiable, car il est critique pour l'impression pendant de longues périodes sans surveillance ou lors de l'impression avec des matériaux techniques coûteux. « Nous considérons inacceptable d'avoir un échec d'impression parce que le système de transport a échoué », dit Wingerden. « CEAD est unique en ce que l'unité de transport est un composant standard livré avec l'extrudeur. »

Intégration et contrôle faciles

Tout le système est piloté via un écran tactile Siemens, qui exécute le logiciel CEAD, spécialement conçu pour l'extrudeur robot et les systèmes CFAM, basé sur des années d'expérience dans l'extrusion de plastiques, l'impression 3D et le développement de machines.

Tous les composants de l'extrudeur robot fonctionnent ensemble pour un système entièrement intégré. L'opérateur interagit avec le panneau de commande Siemens, qui peut être connecté au robot ou au système portique. L'extrudeur robot est contrôlé par seulement deux signaux — analogique 0-10 volt et numérique 0-24 volt courant continu (cc) — offrant un système robuste pour le bras robotique ou le portique pour contrôler l'extrudeur. Récemment, CEAD a introduit le contrôle de l'extrudeur robot via Profinet, permettant des options d'intégration plus avancées.

Un support de montage personnalisé est également inclus, ne nécessitant que quelques boulons pour monter l'extrudeur robot sur un bras robotique ou un portique.

Systèmes auxiliaires

CEAD propose également un système de séchage facile à intégrer et d'autres composants, tels que des jeux de buses. Rapid Prototyping a acheté un sécheur en plus de son extrudeur robot. « Ainsi, nous pouvons imprimer avec une gamme de matériaux, par exemple PET, PET-G et ABS », dit Juhász.