Universität von Las Palmas de Gran Canaria

Die Forschungsgruppe für integrierte und fortgeschrittene Fertigung (Grupo de Investigación en Fabricación Integrada y Avanzada) der Universität Las Palmas de Gran Canaria erforscht Fertigungsprozesse. Die Studien der Gruppe untersuchen verschiedene etablierte Forschungsbereiche, darunter die Polymerverarbeitung, die Additive Fertigung, Naturfasern und Biomanufacturing.

Die Schwerpunkte der Aktivitäten dieser Forschungsgruppe der Universität sind Universitätskurse sowie die öffentliche und private Forschung. Die meisten Forschungsprojekte werden mit öffentlichen Mitteln finanziert und haben zum Ziel, Wissen zu generieren und FuE sowie innovative Technologien für die Gesellschaft zu entwickeln. Es werden jedoch auch Projekte für verschiedene private Körperschaften in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Metallurgie und Landwirtschaft durchgeführt.

Die Entwicklung von EDM-Kupferelektroden mit der Metal FFF-Technologie von Markforged.

Ziel ist es, EDM-Kupferelektroden mit der Metal FFF-Technologie von Markforged zu entwickeln. Die Priorität liegt dabei auf der Nutzung modernster Technologien, um so neue Herausforderungen zu bewältigen und innovative Fertigungslösungen zu finden. Metal X und ähnliche Systeme werden für die Forschung und Entwicklung erworben, um Metallteile in additiver Fertigung herzustellen. Sie ergänzen die verschiedenen konventionellen Verfahren, die die Forschungsgruppe einsetzt (subtraktive Fertigung, Gießen und Umformen).

In diesem Fall liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung von EDM-Elektroden. Das Funkenerodieren ist eine Technik, die hauptsächlich zur Herstellung komplexer Teile aus harten oder schwer zu bearbeitenden Metallen eingesetzt wird. Im Allgemeinen wird mit leitenden Materialien gearbeitet, unter bestimmten Bedingungen können aber auch isolierende keramische Bauteile bearbeitet werden.

Im Juni 2021 entschied sich der Kunde für die Drucker Markforged Metal X 3D und Mark Two. Diese Modelle wurden speziell deshalb ausgewählt, weil sie die einzigen Drucker sind, die Arbeiten zur Forschung und Entwicklung im Bereich Hochleistungsmetall- und Thermoplastverbindungen ermöglichen.

Mit der Einführung der Technologie von Markforged wurde eine hochmoderne Ausrüstung für die Additive Fertigung bereitgestellt, die nicht nur für die Forschungsgruppe für integrierte und fortgeschrittene Fertigung, sondern auch für andere Gruppen, die sich mit Biomechanik, Prothetik usw. beschäftigen, eine wichtige Rolle spielt. Durch den Einsatz innovativer Technologien kann die Forschungsgruppe hochkomplexe Probleme angehen und durch die Bewältigung komplizierter Herausforderungen auf sich aufmerksam machen.

Neben der Bereitstellung wettbewerbsfähiger Technologien für die Wirtschaft bringt Markforged auch seinen Erfahrungs- und Wissensschatz in die Anlagenentwicklung ein. Dadurch wird die Fertigung von Teilen von Anfang an vereinfacht und das Auftreten von Fehlern minimiert.

"Die Technologien zum Metall-Lasersintern werden als Alternative zur Additiven Fertigung betrachtet. Die Kosten dieser Technologien sind höher, aber es wird nicht immer eine bessere Oberflächenqualität erzielt,“ sagt Pablo Rubén Bordón Pérez, Wirtschaftsingenieur und Dozent an der Fakultät für Maschinenbau.

Die Gruppe stand vor Herausforderungen wie den hohen Investitionskosten und konnte auf den eigenen Maschinen keine Metallteile mit komplexen geometrischen Formen zu einem angemessenen Preis herstellen.

"Abgesehen von der Gasinfrastruktur, die für die Markforged Metal X Technologie erforderlich ist, war es einfach, diese Technologie zu integrieren, da die Geräte eine kompakte Größe haben und die technischen Anforderungen nicht sehr hoch sind“, fährt Pablo Rubén Bordón Pérez fort.

Wir haben kleine Testkomponenten mit zwei Druckern von Markforged gedruckt und unsere ersten Entwicklungen hatten das Ziel, eine Lösung zur Herstellung von EDM-Kupferelektroden zu finden.

Kupfer ist das ideale Material für EDM-Elektroden und eines der Materialien, das mit der Metal X Technologie kompatibel ist. So entstanden eine Reihe von Möglichkeiten, Kupferelektroden mit der Metal X Technologie herzustellen.

Abhängig von den Materialien gibt es vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. In der Forschung bieten die meisten verfügbaren Materialien viele interessante Möglichkeiten. Welches Material verwendet wird, hängt vom jeweiligen Forschungsprojekt ab.

„Die Mitarbeiter, die diese Geräte benutzt haben, haben ihr technisches Wissen verbessert und ihr Selbstwertgefühl gestärkt, da sie neue Komponenten entwickeln und bisher ungelöste Probleme beseitigen konnten,” sagt Pablo Rubén Bordón Pérez.

Technologietest

DMetal Fused Filament Fabrication (FFF) ist ein innovatives additives Fertigungsverfahren, das die Herstellung komplexer Metallteile aus Materialien wie Kupfer ermöglicht. Dieses Verfahren bietet interessante neue Möglichkeiten im Bereich des Rapid Tooling. In diesem Projekt wird mit der Metal FFF-Technologie eine Kupferelektrode für das Funkenerodieren (EDM) entwickelt und die Leistung mit der herkömmlichen Kupferelektrolyse verglichen. Zur ersten Analyse der Elektroden von Markforged und den elektrolytischen Elektroden wurden Tests zur Dichte, elektrischen Leitfähigkeit und eine energiedispersive Röntgenspektroskopie durchgeführt.

Es wurden Experimente mit vorherigen EDM-Designs durchgeführt und Optimierungen mit Hilfe genetischer Algorithmen implementiert, um Vergleichsmöglichkeiten für beide Elektroden zu schaffen. Schließlich wurden abschließende Funkenerosionstests durchgeführt, um die Verschleißrate der Elektroden, die Rauheit der Komponenten und die Materialabtragsrate für beide Elektroden zu bewerten. Die Ergebnisse bei EDM zeigten, dass Metal FFF-Technologie geeignet ist, um funktionsfähige EDM-Elektroden herzustellen, die Materialabtragsraten und eine Rauheit der Komponenten aufweisen, die mit konventionellen Elektroden vergleichbar sind, jedoch einen höheren Elektrodenverschleiß aufweisen. Dieser Verschleiß ist in erster Linie auf innere Porosität, Hohlräume und andere Mängel zurückzuführen, die mit Hilfe der Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie festgestellt wurden.

Ein Forschungszentrum, das Anlagen mit öffentlichen Mitteln erwirbt, wird nicht wie die Privatwirtschaft anhand konventioneller Renditen bewertet. Angesichts der Möglichkeiten in der Entwicklung und Innovation, die die Technologie von Markforged bietet, trägt diese Technologie jedoch zweifelsfrei zu langfristigen Einsparungen in der Fertigungsphase bei und erleichtert die Beschaffung neuer Mittel und Ressourcen.

"Dank der vielversprechenden Ergebnisse der Markforged Technologie ist es sehr wahrscheinlich, dass unser Forschungszentrum in der Zukunft andere Technologien des gleichen Unternehmens implementieren wird,” sagt Pablo Rubén Bordón Pérez abschließend.

+ Voll funktionsfähige EDM-Elektroden hergestellt

+ Dichten und Leitfähigkeiten in ähnlichen Bereichen

+ Ähnliche Rauheit (Deutsche Norm, VDI) und Materialabtragsrate

+ Höhere Verschleißrate bei Elektrode von Markforged

+ Neue Möglichkeit zur Herstellung komplexer Elektroden

+ SEM ANALYSIS Markforged Metal XTM System (Metal FFF)