Staging-BigRep Industrial 3D Printers

Großformatiger 3D-Druck wirft neues Licht auf die Laserforschung am LZH

Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH), ein führendes Forschungszentrum in Niedersachsen, widmet sich der Lasertechnologie und umfasst Studien zu Optik, Lasern, Quantentechnologien, intelligenter additiver Fertigung und anderen relevanten Bereichen.

Die Abteilung für optische Komponenten des Instituts konzentriert sich auf photonische Materialien, intelligente optische Geräte, optische Beschichtungen und optische Integration. Joshua McCauley ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung. Bei seiner Arbeit geht es darum, die optischen Eigenschaften verschiedener Materialien zu verstehen. Vereinfacht gesagt, strahlt er in seinen Experimenten Laser auf optische Proben und misst, wie viel Wärme diese absorbieren und wie schnell sie abkühlen.

Typischerweise werden für diese Experimente Aluminiumkammern verwendet, diese erwiesen sich jedoch für Joshua als einschränkend, da er vor der Herausforderung stand, eine temperaturstabile Umgebung zu schaffen. Die Öffnungen, durch die der Laser in die Kammer ein- und austreten konnte, verursachten Probleme wie unerwünschte Luftströmungen und Temperaturänderungen, die die Ergebnisse des Experiments unzuverlässig machten.

Die Herausforderung: experimentelle Umgebungen individuell anpassen

Large scale 3d printing with the BigRep VIIO at LZH - Joshua with the 3d printed chamber
Joshua McCauley with the chamber 3D printed by the BigRep VIIO 250.

Die traditionelle Experimentierkammer aus Aluminium brachte Herausforderungen mit sich:

  1. Eine begrenzte Designflexibilität, die durch Fertigungsmethoden wie Spritzguss eingeschränkt wird.
  2. Eine schlechte Wärmeisolierung führte dazu, dass die Außentemperaturen die Experimente beeinträchtigten.
  3. Hohe Kosten im Zusammenhang mit der Auslagerung der Herstellung kundenspezifischer Metallteile, die für das Experiment benötigt werden.
  4. Optische Experimente erfordern oft modulare Aufbauten, um unterschiedliche Konfigurationen von Laserstrahlen unterzubringen. Die Aluminiumkammer verfügte nicht über maßgeschneiderte Teile für den Ein- und Austritt der Laserstrahlen, was zu Konvektionsproblemen und Temperaturschwankungen führte.

Die Bewältigung der Herausforderungen

Large scale 3d printing for laser research at LZH
LZH’s facilities at the Centre for Additive Manufacturing

Das LZH war mit den neuesten Maschinen für die additive Fertigung gut ausgestattet, darunter eine BigRep-Maschine, das STUDIO, und hatte eine Lösung für Joshua McCauley. Matthias Henzler aus der Abteilung für Additive Fertigung am LZH machte sich an die Aufgabe, die Kammer mittels additiver Fertigung herzustellen.

„Wir waren auf der Suche nach einem großformatigen 3D-Drucker mit zwei Hauptanforderungen: Er musste über einen geschlossenen Bauraum verfügen und die Möglichkeit haben, mit zwei Materialien gleichzeitig zu drucken, und der BigRep VIIO 250 erfüllte diese Anforderungen.“

- Matthias Henzler, Mitarbeiter beim Laser Zentrum Hannover e.V.

Das Kammer-Design

Large scale 3d printing for laser research -
The two walls are designed to further insulate the chamber for accurate experiment results.

Die Kammer wurde mit einer reduzierten Oberfläche entworfen, um den thermischen Effekt des Labors zu minimieren, und besteht aus zwei Teilen – einem Dach und einer unteren Hälfte. In der Mitte befindet sich ein Durchgangsstück für den Laserstrahl, das je nach Linsentyp oder erforderlichem Winkel des Lasers ausgetauscht werden kann. Dieser modulare Aufbau ermöglicht eine einfache Anpassung und hilft dabei, unerwünschte Luftströme oder Temperaturschwankungen zu kontrollieren.

Large scale 3d printing for laser research at LZH-
The part through which the laser passes through.

Die Kammer wurde mit zwei Wänden konstruiert, um die Wärmeübertragung zu reduzieren. Sie sind unten nur leicht miteinander verbunden und der Raum zwischen ihnen kann entweder leer gelassen oder mit Isoliermaterialien wie Schaum oder Sand gefüllt werden, um die thermischen Effekte weiter zu kontrollieren.

Gründe für den Einsatz des 3D-Drucks im großen Stil

Large scale 3d printing for laser research - the VIIO 250 at LZH
Matthias Henzler 3D printing with the BigRep VIIO at LZH.
  1. Designflexibilität: Die Möglichkeit, komplexe, nicht standardmäßige Formen zu drucken, ermöglichte es dem Team, maßgeschneiderte Kammern zu erstellen, die mit Aluminium nur schwer oder gar nicht zu konstruieren wären. Beispielsweise könnten jetzt modulare Kammern mit austauschbaren Komponenten entworfen werden, die die Flexibilität bieten, den Aufbau je nach Experiment zu ändern.
  2. Wärmeisolierung: Das doppelwandige Kammerdesign trägt zur Aufrechterhaltung einer stabilen Temperatur bei. Diese Konfiguration bietet eine Wärmeisolierung, da die Wände getrennt waren und der Raum zwischen ihnen mit Isoliermaterialien wie Schaum oder Sand gefüllt werden konnte. Das Ergebnis war eine geringere Auswirkung externer Temperaturschwankungen.
  3. Skalierbarkeit: Mit dem großen Bauvolumen des BigRep VIIO von 1000 mm x 500 mm x 500 mm konnte das Forschungsteam die gesamte Kammerstruktur drucken, nicht nur kleine Komponenten. Diese Skalierbarkeit war entscheidend für die Herstellung großformatiger Teile, die für optische Experimente benötigt wurden, was Desktop-3D-Drucker nicht bewältigen konnten.
  4. Kosteneffizienz: Anstatt es auszulagern, was sowohl teuer als auch zeitaufwändig ist, konnte Joshua die Kammer mit dem BigRep VIIO vor Ort fertigen lassen. Dadurch entfielen die unerschwinglichen Kosten und er konnte mit Design und Prototypen zu geringeren Kosten experimentieren.

„Die Verwendung des VIIO ist stressfrei, da er Teile zuverlässig und mit minimalem Aufwand fertigstellt. Automatisierungsfunktionen wie der Ein-Klick-Start, das Vorheizen und die Druckbrettkartierung ermöglichen es Ihnen, sich auf andere Aufgaben zu konzentrieren, während der Drucker präzise Teile produziert.“

- Matthias Henzler.

Warum der BigRep VIIO

Fortschrittliche Automatisierung

Automatisierte Funktionen wie die Druckbettkartierung, der Ein-Klick-Start, die Anpassung der Filamentdurchflussrate und die X/Y-Kalibrierung sparen wertvolle Zeit und Forscher können sich auf andere Aufgaben konzentrieren

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Geschlossener Bauraum

Die aktiv temperaturgeregelte Baukammer heizt auf bis zu 50 °C auf und liefert, unabhängig von der Komplexität oder Größe der Teile, gleichbleibende Ergebnisse.

Dual-Extrusions-Druck mit unterschiedlichen Materialien

Eine der Hauptfunktionen für das LZH war die Fähigkeit des VIIO, mit zwei Materialien in einem einzigen Druckauftrag zu drucken.

BigRep VIIO 250 dual SMX
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Großes Bauvolumen

Das großzügige Bauvolumen von 1000 mm x 500 mm x 500 mm (250 Liter) ist perfekt für große Teile, die die kleineren 3D-Drucker des LZH nicht bewältigen können.

Präzise Teile

Das Druckbett des VIIO 250 sorgt für eine gleichmäßige Wärmeverteilung für gleichbleibend robuste Teile und eine starke Haftung der Teile, die sich beim Abkühlen des Druckers sauber ablösen lassen.

Sichert use case - rapid prototyping and design testing FCC outdoor cabinet parts printed by the high-temperature industrial plastic 3D printer BigRep IPSO 105
BigRep VIIO 250 HMI

Einfache Bedienung

Die Benutzeroberfläche des Geräts verfügt über animierte Anleitungen, die klare Informationen, Alarme und Warnungen liefern, um Forscher bei der einfachen Verwaltung ihrer Druckaufträge zu unterstützen.

Optische Forschung in einem neuen Licht sehen

Large scale 3d printing with the BigRep VIIO at LZH - optical components experiment

Der großformatige 3D-Druck bietet die Flexibilität, große Ideen zu verwirklichen, die für Joshua McCauley bisher unerschwinglich waren. Anstatt die Produktion der Kammer auszulagern, konnte er sie intern mit dem Material seiner Wahl in 3D drucken lassen, was das Experimentieren erschwinglich und für ihn gut erreichbar machte.

Am LZH hat der BigRep VIIO mehr Möglichkeiten für die Zusammenarbeit mit Industriepartnern geschaffen, die sich für großformatigen 3D-Druck interessieren. Der 3D-Drucker ist nicht nur ein Werkzeug für aktuelle Projekte, sondern ein Schlüssel für zukünftige Durchbrüche in der optischen Forschung und industriellen Anwendungen.

Das neue Level der automatisierten Produktion

Der BigRep VIIO 250 ist ein vollautomatischer 3D-Drucker für die zuverlässige, kontinuierliche industrielle Fertigung. Um dies zu erreichen, wurde die Maschine mit bahnbrechenden Automatisierungsfunktionen ausgestattet: automatische Kalibrierung, automatischer sequentieller Druck, und automatischer Filament-Zuführung. Mit zwei Smart Manufacturing Extrudern und einer intuitiven Benutzeroberfläche mit animierten Anleitungen war die Verwendung eines industriellen 3D-Druckers noch nie so einfach. Mit dem VIIO 250 verbringen Sie weniger Zeit mit dem Drucken und mehr Zeit mit dem Einsatz Ihrer Teile.

BigRep VIIO 250

Der neue Standard in der automatisierten Produktion

Der BigRep VIIO 250 ist ein vollautomatischer 3D-Drucker für die zuverlässige, kontinuierliche industrielle Fertigung. Um dies zu erreichen, wurde die Maschine mit effizienzsteigernden Automatisierungsfunktionen ausgestattet: mit automatischer Kalibrierung, automatischem sequentiellen Druck und automatischer Filament-Zuführung. Mit zwei Smart Manufacturing Extrudern und einer intuitiven Benutzeroberfläche mit animierten Anleitungen war die Verwendung eines industriellen 3D-Druckers noch nie so einfach. Mit dem VIIO 250 verbringen Sie weniger Zeit mit dem Drucken und mehr Zeit mit dem Einsatz Ihrer Teile.

BigRep VIIO 250

Über die Autorin:

Natasha Mathew <a style="color: #0077b5" href="https://www.linkedin.com/in/natasha-mathew/" target="_blank" rel="noopener"><i class="fab fa-linkedin"></i></a>

Natasha Mathew

Texterin

Natasha Mathew probiert gern Neues aus – und derzeit ist sie besessen vom 3D-Druck. Ihre Leidenschaft, komplexe Konzepte in einfacher Sprache zu erklären, und ihr Hang zum Geschichtenerzählen hat sie dazu bewegt, Autorin zu werden. Im Zuge ihrer 7-jährigen Autorenkarriere hat sie über unterschiedlichste Themen geschrieben. Wenn sie gerade mal nicht mit dem Schreiben beschäftigt ist, widmet sich ihren Hobbies: Lesen, Basteln, Spinning und Reisen. Und über sich selbst schreibt sie in der dritten Person.

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