EIN KURZER ÜBERBLICK

Projekt & Vision


Mit dem rasant wachsenden Markt für Additive Fertigung und der für die Industrie zunehmenden Bedeutung von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) vereint unser Projekt zwei aktuelle Forschungs- und Entwicklungsgebiete. Ziel ist es, die additive Fertigung von faserverstärkten Kunststoffen nachhaltig zu revolutionieren.

FVKs sind für zahlreiche Anwendungen in der Automobil-, Freizeit- und Sportindustrie, der Luft- und Raumfahrt als auch der Energiebranche von Bedeutung. Sie zeichnen sich durch hohe Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht aus. Dadurch lassen sich leistungsstarke Leichtbaukonstruktionen realisieren. Im Rahmen unseres Fokusprojektes arbeiten wir an einem neuen Verfahren zur Verstärkung von hochtemperaturbeständigen Kunststoffen mit Carbonfasern. Die Fasern werden direkt in Belastungsrichtung abgelegt und können somit effizienter beansprucht werden. Dadurch können komplexe Leichtbaustrukturen realisiert werden. Des Weiteren bietet unser Verfahren eine flexible, ökonomische und automatisierte Alternative zur bisherigen aufwendigen Verarbeitung von FVK.




Das Ziel von Carbon Factory ist es, die Symbiose eines bewährten PEEK Druckers mit einem FVK Drucker, mit neuartiger und innovativer CLF (continuous fiber lattice) Technologie, zu ermöglichen. In einer halbautomatisierten Fertigungsstrecke sollen bereits gefertigte PEEK Teile lokal mit Carbonfasern verstärkt werden. Dies erfordert eine ausgeklügelte, CAM basierte Trajektorienplanung. Durch ein Lasersystem gewährleisten wir optimale Verbindungseigenschaften zwischen dem FVK Stab und dem zu bedruckenden PEEK Bauteil. Dieses Verfahren ermöglicht Leichtbaustrukturen mit extrem hohen spezifischen Materialkennwerten, wodurch das zu produzierende Bauteil höchsten Qualitätsansprüchen genügt.

Ausgangslage


Carbon Factory baut auf dem erfolgreichen Vorgängerprojekt 3DCarb auf. Dieses verwendete das innovative CLF Verfahren, das von unserem Betreuer Martin Eichenhofer entwickelt wurde, um Freiformstrukturen aus faserverstärktem Kunststoff zu drucken.

Carbon Factory strebt an, das automatisierte überdrucken des Hochleistungsthermoplasten PEEK zu ermöglichen. Dadurch werden nie dagewesene Festigkeitswerte im 3D Druck erreicht, was es der Technologie ermöglicht, den Durchbruch vom Prototyping zur Herstellung von funktionalen Teilen zu schaffen.

Projektrahmen


Im 5. und 6. Semester werden die Bachelorstudierenden der Maschineningenieurwissenschaften an der ETH Zürich vor die Wahl zwischen einem Fokusprojekt und einer Fokusvertiefung gestellt. Beide Optionen ermöglichen es den Studierenden Ihre Fähigkeiten und Ihr Wissen in einem spezifischen Bereich zu vertiefen. Das Fokusprojekt nimmt fast ein ganzes Jahr in Anspruch und hat zum Ziel, ein innovatives Produkt zu entwickeln und zu realisieren. Hierbei werden alle Aspekte der Produktentwicklung durchlaufen, von der Konzeption zum Design und der Konstruktion, sowie auch das Projektmanagement und Marketing. Im Fokus liegen hier Selbstinitiative, Kreativität und Teamarbeit. Das dafür benötigte Wissen wird hauptsächlich im Selbststudium, aber auch in Vorlesungen und dem Dialog mit Professoren und Betreuern erarbeitet. Das Fokusprojekt gipfelt im Roll-Out am 29. Mai 2018, bei dem jedes Fokusprojekt der Öffentlichkeit vorgestellt wird, wobei mehr als 1000 Besucher aus der Industrie sowie der Wissenschaft erwartet werden.

EINE KURZE VORSTELLUNG UNSERES TEAMS

Unser Team



Unser Team setzt sich aus acht Bachelorstudenten aus dem Bereich Maschinenbau der ETH Zürich zusammen. Wir werden dabei von einem Masterstudenten (Filippo Kusch), zwei Doktoranden (Martin Eichenhofer & Christoph Karl) und dem Laboratory of Composite Materials and Adaptive Structures von Prof. Dr. Paolo Ermanni unterstützt.

Andreas Eckmann


Produktion, Logistik & Engineering

Kontakt

Lukas Fischer


Webpage, Design & Engineering

Kontakt

Georg Frei


Projektmanagement, Sponsoring & Engineering

Kontakt

Felix Fricke


Software, Social Media & Engineering

Kontakt

Lukas Greiner


Finanzen, Sponsoring, Versuchsplanung & Engineering

Kontakt

Alex Luijten


Software & Engineering

Kontakt

Stephan Steiner


Produktion, Software & Engineering

Kontakt

Paul Szyszkowitz


Projektmanagement & Systems Engineering

Kontakt

HALTEN SIE SICH MIT UNSEREN MONATLICHEN NEWS AUF DEM LAUFENDEN

Neuigkeiten



Zürich, Oktober 2017

Die Gründung von Carbon Factory

Es ist so weit. Mit dem neuen Semester startet auch das neue Fokusprojekt vom CMAS Lab im Bereich der additiven Fertigung. Als achtköpfiges Team setzen wir uns während den nächsten beiden Semestern intensiv mit der Verarbeitung von faserverstärkten Kunststoffen auseinander und arbeiten auf ein gemeinsames Ziel hin: Die Fertigung von kohlenstofffaser verstärkten Teilen aus Polyetheretherketon, kurz PEEK.

Konventionell 3D-gedruckte Teilen sollen mit Karbonstäben verstärkt werden und somit deren Einsatzgebiet erweitern. Aufgrund der mangelnden Festigkeitswerten können heutzutage Kunststoffteile aus der additiven Fertigung oftmals nur die Rolle von Prototypen einnehmen. Unser Produkt hingegen soll den Weg zur industriellen Anwendung ebnen und als belastbares Element eingesetzt werden. Die hohe Steifigkeit des Carbons und die Komplexität der Möglichkeiten aus der additiven Fertigung ermöglichen ultraleichte Strukturen, die vor allem in der Luft- und Raumfahrt Anwendung finden.

Die Aufgabenbereiche sind verteilt und wir haben unsere Arbeit aufgenommen. Auf unserer Homepage und den sozialen Medien werden wir laufend über unsere Erfahrungen und den Projektstand informieren.

Zürich, November 2017

Die ersten technischen Zeichnungen sind raus!

Die technischen Zeichnungen der ersten Iteration sind raus! Mit diesem Schritt wurde der erste grosse Milestone erfolgreich abgeschlossen.

Wir möchten uns an dieser Stelle bei unseren Fertigungspartnern REWaG AG, Argotec AG und Pavese AG sowie dem Lieferanten unserer Heizpatronen Moesch AG bedanken, die uns tatkräftigt finanziell und beratend unterstützen. Ein grosses Dankeschön geht auch an Luxion Keyshot für die gesponserte Renderings- & Animations-Software.

Die neue Pultrusionseinheit zeichnet sich durch eine verstellbare Düse aus, mit der wir den Temperaturverlauf der Düse exakt einstellen können. Diese Flexibilität erlaubt es uns, auch bei verschiedenen Fördergeschwindigkeiten einen qualitativ hochwertigen Stab zu produzieren.

Wir freuen uns schon darauf, die neue Iteration und somit unser erstes selbst designtes System in Betrieb zu nehmen!

Zürich, Dezember 2017

Los gehts mit umfangreichem Testing!

Unsere Fertigungsteile sind nun bei uns angekommen und wir können unsere erstes High-Fidelity-Tests beginnen! Mit diesem Schritt haben wir die erste Iteration abgeschlossen.

An dieser Stelle möchten wir uns ganz herzlich bei unseren Fertigungspartnern Pavese AG und REWaG AG bedanken, die uns tatkräftig finanziell und beratend unterstützten.

Die neue Extrusionseinheit zeichnet sich durch eine Federeinheit aus, deren Anpresskraft laufend mittels eines Kraftsensors nachgeregelt wird. Unser Düsenkonzept haben wir komplett geändert: Es unterscheidet sich mittlerweile stark vom Konzept einer konventionellen Extrusionsdüse. So werden unsere Filamente in einer Vorheizung auf unter die Schmelztemperatur gebracht und im Anschluss direkt auf unseren Rollen aufgeschmolzen und mit dem zu bedruckenden PEEK-Bauteil verschweisst.

Zürich, März 2018

Systemintegration

Nun haben wir alle unsere Bauteile der Extrusion, der Pultrusion und des brandneuen Lasersystems zusammengesetzt. Unser Drucksystem ist komplett. Das Feintuning und ausführliche Tests sind im Gange!

Die neue Extrusionseinheit wurde noch einmal überarbeitet und beinhaltet jetzt neben dem seitlich angebrachten Laser auch eine Wasserkühlung, die den idealen Temperaturgradienten im Stab garantiert.

An dieser Stelle möchten wir uns insbesondere sehr herzlich bei unserem Fertigungspartner, der Heinz Baumgartner AG, bedanken, die uns die meisten Teile dieser Iteration geliefert haben und hervorragende Qualität abgeliefert haben!

Die Pultrusion funktioniert nach unseren ersten Tests genau so wie wir es uns gewünscht haben. Der Heizmantel heizt und die Wasserkühlung kühlt. Wir können robust ohne Eingriff perfekte CF-PEEK-Stäbe konsolidieren und haben in diesem Teilmodul unser Projektziel schon erreicht!

Vielen Dank auch an unsere weiteren Sponsoren, die uns tatkräftig finanziell und materiell unterstützt haben. Ohne Sie hätten wir so qualitativ hochwertige und komplexe Bauteile nicht verwenden können.

Zürich, März 2018

UVEX Laservision Laserschutzbox

Unser Projekt schreitet zügig voran. Unser Laser ist vor kurzem eigetroffen. Dieser sorgt für die nötige Temperatur, um unseren extrudierten Carbon-Stab mit dem Untergrund zu verbinden. Wir können nun mit der Integration des Lasers in unser System beginnen.

Ohne eine Laserschutzbox und entsprechende Sicherheitsmassnahmen hätten wir keinen Laser in Betrieb nehemen dürfen. Vielen Dank an dieser Stelle an das grosszügige Engagement und die professionelle Beratung von UVEX Laservision. UVEX Laservision ist einer der weltweit führenden Hersteller von Laserschutzprodukten und ist bei vielen Personen die erste Wahl, wenn es um Ihre Sicherheit geht.

Falls Ihr auch einen Laser in Betrieb nehmen wollt, wendet euch an den hilfsbereiten Kundendienst oder schaut euch die Internetseite von UVEX Laservision an.

Zürich, Mai 2018

Finalisierung

Unser Projekt nähert sich der Ziellinie. Nach der Installation unseres Lasers und der Laserschutzbox geben wir unserem Drehtisch und dem Roboter den letzten Schliff. Dies wird die Freiheit des Roboter um einen weiteren Grad erweitern und es uns erlauben, Ihnen interessante Geometrien und Demonstratoren bei unserem Rollout am 29. Mai an der ETH Zürich zu zeigen.

Alle Arbeiten in diesem Bereich wären ohne Kaufmann Turmkrane AG nicht möglich gewesen. Sie halfen uns nicht nur, das Podium für unseren Roboter und die Basis unserer Drehscheibe zusammenzuschweissen. Kaufmann Turmkrane AG hat uns auch die finanziellen Mittel zur Verfügung gestellt, um zusätzliches Material zu kaufen, um unsere Ziele zu erreichen. Kaufmann Turmkrane AG wird uns am 29. Mai am Rollout besuchen. Werden Sie auch dort sein?

Zürich, Mai 2018

PEEK von Victrex

Unser Projekt Carbon Factory zielt darauf ab, die Anforderungen der Medizinaltechnik und der Luft- und Raumfahrt zu erfüllen. Aus diesem Grund verarbeiten wir den Hochleistungsthermoplasten PEEK.

PEEK hat eine Schmelztemperatur von 335°C und ist sowohl chemie- als auch korrosionsbeständig. Für die Medizinaltechnik ist vor allem auch die Bioverträglichkeit von grossem Interesse. Die Temperaturbeständigkeit und die mechanische Integrität machen PEEK besonders spannend für die Luft- und Raumfahrt. Wir wollen Victrex dafür danken, dass sie uns auf diesem Weg mit ihren PEEK-Filamenten so stark unterstützt haben.

IN ZUSAMMENARBEIT MIT BRANCHENFÜHRENDEN INTERNATIONALEN UNTERNEHMEN

Unsere Sponsoren & Partner


Um unser Projekt zu realisieren sind wir auf Unterstützung angewiesen. Wir möchten uns herzlich bei unseren Partnern aus der Industrie für Ihre Unterstützung bedanken. Sie haben das Projekt möglich gemacht, indem Sie uns mit Material, finanziell, der Vermittlung von Know-How und durch die Fertigung von Teilen unterstützen.

Carbon Factory bietet Ihrem Unternehmen die Opportunität, eine vielversprechende und innovative Technologie zu fördern und dabei mit angehenden Ingenieuren, Doktoranden sowie etablierten Professoren der ETH Zürich in Kontakt zu treten. Darüber hinaus können Sie von der grossen Plattform des Fokusprojektes an der ETH Zürich profitieren und mit Vertretern aus Industrie und Forschung Kontakte knüpfen.

Ein Überblick über die verschiedenen Sponsoring-Packages finden Sie in der folgenden Broschüre:


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Hauptsponsor


Premiumsponsoren

Sponsoren

Gönner


Künzle Druck
Eperon Engineering GmbH
Böhler-Uddeholm Schweiz AG
Mädler
Festo
Heiniger AG
Eckmann Maurergeschäft


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