Verwarmingsmethoden voor 3D printkop vezel versterkte thermoplasten

Soort opdracht                Stage-opdracht

Organisatie:                     TPAC / CEAD

Contactpersoon:             Bert Weteringe

Email contactpersoon:   b.j.weteringe@saxion.nl

Studierichtingen:             Werktuigbouwkunde, niveau MBO/HBO

Binnen een 4 jaar durend project dat door TPAC is opgestart, werkt TPAC samen met partners aan het verder ontwikkelen van het 3D printen van thermoplastische materialen met continue vezelversterking. Met deze veelbelovende technologie kunnen op een kosten efficiënte wijze lokale verstijvingen op producten worden aangebracht. Een van de partners binnen het project is CEAD.

CEAD bouwt 3D printer opstellingen met als hart een lichtgewicht extruder. Standaard wordt geprint met korte vezel gevulde polymeren of met ongevulde materialen.

Een nieuwe ontwikkeling bij CEAD is een robot tool die 3D printen combineert met het plaatsen van continu vezelversterkt composiet materiaal, de ATLAM kop.

Deze kop heeft een module om de vorige gelegde laag materiaal voor te verwarmen, om zo een goede hechting te krijgen met de nieuw-te-leggen laag materiaal. Deze module bestaat nu uit 2 achter elkaar geplaatste infrarood lampen. Deze lampen kunnen een hoop vermogen leveren maar de huidige constructie is groot en beperkt de kop tot het leggen van rechte banen materiaal.

De opdracht luidt als volgt:

Onderzoek verschillende type verwarmingsmethodes geschikt voor het verwerken van thermoplasten en adviseer een alternatief voor de huidige verwarmingsmethode van CEAD.

De volgende randvoorwaarden zijn onder andere van toepassing:

• De gekozen methode moet in een standaard cel gebruikt kunnen worden, er moet geen extra afscherming nodig zijn
• Er moet voldoende vermogen per tijdseenheid beschikbaar gemaakt kunnen worden om de gewenste process snelheid te halen
• De reactiesnelheid van de heaters moet goed genoeg zijn voor de gewenst process snelheid
• De voorgestelde oplossing moet passen in de beschikbare ontwerpruimte op de kop
• Randzaken zoals eventuele waterkoeling van de geadviseerde oplossing zijn bespreekbaar
• Opties om energie te focussen door middel van lenzen of prisma’s zijn bespreekbaar
• Andere verwarmingsmethodes zoals contactverwarming of ultrasone verwarming kunnen meegenomen worden in de afweging
• Zowel kant en klare verwarmingsoplossingen van industriële leveranciers als oplossingen die op losse onderdelen gebaseerd zijn, zijn acceptabel
• De prijs van de verwarmingsmethodes moet zeker meegenomen worden in de selectiecriteria
• Eventuele bruikbaarheid van de geselecteerde oplossing in andere 3D printkoppen (onder andere van CEAD) is een pré

Heating methods for 3D print head fiber reinforced thermoplastics

Type of assignment      Intern

Organisation:                TPAC / CEAD

Contactperson:             Bert Weteringe

Email contactperson:   b.j.weteringe@saxion.nl

Studie direction:           Mechanical engineering, level MBO/HBO

Within a 4-year project initiated by TPAC, TPAC is working with partners to further develop 3D printing of thermoplastic materials with continuous fiber reinforcement. With this promising technology, local stiffeners can be applied to products in a cost-efficient manner. One of the partners within the project is CEAD.

CEAD builds 3D printer setups with a lightweight extruder at its core. Standard printing is done with short fiber filled polymers or with unfilled materials.

A new development at CEAD is a robot tool that combines 3D printing with the placement of continuous fiber-reinforced composite material, the ATLAM head.

This head has a module to preheat the previous layer of material, in order to get a good bond with the new layer of material to be laid. This module now consists of 2 infrared lamps placed one behind the other. These lamps can deliver a lot of power, but the current construction is large and limits the head to laying straight strips of material.

The assignment reads as follows:

Investigate different types of heating methods suitable for processing thermoplastics and recommend an alternative to CEAD’s current heating method.

The following preconditions apply, among others:

• The chosen method must be usable in a standard cell, no additional shielding must be required
• Sufficient power must be made available per time unit to achieve the desired process speed
• The response speed of the heaters must be good enough for the desired process speed
• The proposed solution must fit into the available design space on the header
• Peripheral matters such as possible water cooling of the recommended solution are negotiable
• Options to focus energy using lenses or prisms are negotiable
• Other heating methods such as contact heating or ultrasonic heating can be taken into consideration
• Turnkey heating solutions from industrial suppliers as well as solutions based on individual components are acceptable
• The price of the heating methods must certainly be included in the selection criteria
• Possible usability of the selected solution in other 3D printheads (including those from CEAD) is an advantage