Advies
3D-printers worden al in veel bedrijven gebruikt. Zowel bij de ontwikkeling als bij de fabricage of voor eindproducten. 3D printen is gearriveerd in de industrie en belooft aanzienlijke veranderingen. Er wordt zelfs verwacht dat de technologie de industrie ingrijpend zal veranderen wat betreft productieprocessen, bedrijfsmodellen en waardeketens.
Kwaliteit, precisie, snelheid, prijs: dat zijn de eisen die de industrie stelt aan innovaties die haar bij haar dagelijkse taken moeten helpen. Tegelijkertijd zijn er hoge verwachtingen ten aanzien van productieautomatisering, onderhoudsgemak en een geavanceerde energiebalans.
3D-printing heeft een groot potentieel in de industrie als maatstaf voor additieve fabricage, bijvoorbeeld bij de optimalisering van logistieke ketens door "print on demand", snelle productie van prototypes tot mobiel printen.
Dit maakt bijvoorbeeld opslag minder duur. Extra winst in energie-efficiëntie wordt beloofd door lichtere componenten die gemakkelijker te vervoeren zijn. Tegelijkertijd maken ze het eindproduct lichter.
In de automotive bijvoorbeeld vermindert dit het gewicht van auto's, wat leidt tot een lager brandstofverbruik. In de gezondheidszorg kunnen individuele prothesen, implantaten of oorvormen voor gehoorapparaten goedkoop en snel worden geproduceerd met behulp van 3D-printersystemen.
Qua precisie, snelheid, kwaliteit en prijs kunnen 3D-printers in de industrie de klassieke processen vaak bijbenen. Het valt te verwachten dat veel parameters de komende jaren zullen blijven verbeteren ten voordele van de gebruikers. Hieronder volgt een overzicht van alle belangrijke voordelen van additive manufacturing met 3D-printers voor bedrijven:
| Kortere ontwikkelingsfase | Snel en zonder gereedschap prototypes of matrijzen maken in een vroege ontwikkelingsfase. Zo worden ontwerpfouten in een vroeg stadium ontdekt en kan het product vanaf het begin worden vastgepakt en getest. Bovendien kunnen wijzigingen in de CAD-template snel worden aangebracht, omdat het prototype niet volledig opnieuw hoeft te worden opgebouwd. Dit bespaart geld en tijd en vermindert het risico van foutieve productie. |
| Milieuvriendelijk | De modellen worden direct in de gewenste grootte en vorm geproduceerd. Er hoeft achteraf geen materiaal te worden verwijderd, behalve eventuele ondersteunende structuren. Bovendien vervallen de transportroutes die nodig zouden zijn geweest om het onderdeel te leveren. Dit bespaart CO2 en beschermt het milieu. |
| Snel | Geen enkele machine hoeft stil te staan omdat een kapot onderdeel niet tijdig kan worden vervangen. Met de 3D-printer kan de industrie just-in-time aanvullen. |
| Individueel | Producten kunnen worden aangepast aan de eigen ideeën en behoeften, terwijl bij massaproduktie een groot aantal produkten uniform is. Vooral op medisch gebied met prothesen, orthesen of implantaten en met tijdelijke tandbruggen en tandkronen kan het model optimaal worden aangepast aan de fysieke omstandigheden van de patiënt. |
| Vrijheid in ontwerp | De klassieke beperkingen in het ontwerp met traditionele fabricagemethoden bestaan niet meer. Overstekken, holtes of complexe geometrische vormen zijn geen probleem meer voor de 3D-printer. |
| Kortere productietijd | Terwijl ontwerp- en fabricageprocessen voor spuitgieten en machinale bewerking vaak meerdere weken in beslag namen, hebben bedrijven met de 3D-printer enkele dagen of zelfs slechts enkele uren nodig. Er hoeven geen mallen te worden gepland en gemaakt. Men hoeft ook niet te wachten op een vrij slot op machines die op hoge capaciteit draaien en nodig zijn om het eindproduct te vervaardigen. Bij 3D-printing neemt de productie van het CAD-bestand een bepaalde tijd in beslag, afhankelijk van de complexiteit van het model. De printer doet de rest binnen een paar uur. |
Prototypes
Voordelen
Zodra een CAD-bestand beschikbaar is, gaat de industriële 3D-printer aan de slag. Het heeft geen gereedschap, andere machines of anderen nodig. Door dit zelfstandige werk blijft het project niet steken in wachtrijen.
Afhankelijk van de complexiteit van het model is het binnen enkele uren of dagen klaar. Kleine wijzigingen kunnen in korte tijd in de CAD-software worden aangebracht.
Geschikte voorwerpen
Bijna alle onderdelen van een machine of andere producten kunnen nu worden geprint. Aangezien er veel verschillende filamenten zijn die verschillen in hun eigenschappen en uiterlijk, kunnen onderdelen optimaal worden geproduceerd. Om zeer kleine of zeer grote modellen te produceren, zijn vaak speciale paden nodig. Maar inmiddels zijn er ook grote 3D-printers die realistische huizen van één verdieping bouwen.
Geschikte procedures
Stereolithografie: Zeer nauwkeurige methode die gladde oppervlakken en scherpe randen produceert.
Polyjet: Zeer nauwkeurige drukmethode met een breed scala en combinatie van materialen.
Lasersinteren of multi-jet fusie: zeer geschikt voor onderdelen die onderhevig zijn aan mechanische spanning.
Fused Deposition Modelling: Geschikt voor eenvoudiger geometrieën. Een grote selectie van verschillende materialen is hier beschikbaar.
Toepassing
Bedrijf met eigen productontwikkeling
Industriële bedrijven uit de machinebouw, auto/voertuigenbouw, medische technologie, analysetechnologie, meetinstrumenten, hightech sectoren
Gebieden van productontwerp en de creatieve industrieën
Onderzoeksinstituten en -afdelingen
Productie van kleine partijen
Voordelen
- Zeer korte doorlooptijden
- Opslag niet langer nodig
- Kosteneffectief ondanks lage hoeveelheid
- Snelle wijzigingen van de afdruksjablonen
Geschikte voorwerpen
Meestal worden kleine of middelgrote voorwerpen van plastic of metaal bedrukt:
- Objecten met een lager gewicht in de luchtvaart- of automobielindustrie
- Complexe mechanische toepassingen voor machinebouw en andere hoogwaardige technologieën
- Kleine hoeveelheden voor robotica, speciale voertuigbouw, meetinstrumenten
- Voorserieproducten voor goedkeuringen in de medische technologie of de automobielindustrie
Geschikte procedures
Lasersinteren of Multi Jet Fusion: maken een hoge productiviteit en onderdeelkwaliteit mogelijk.
Lasersmelten: Meestal gebruikt om vormstukken van metaal te maken.
Toepassing
- Bedrijven uit de sectoren lucht- en ruimtevaart, automotive, machinebouw, medische technologie
- Bedrijven met eigen productiefaciliteiten of een eigen onderzoeksruimte
- Bedrijven met specialistische producten
Apparaten
Voordelen
- Geen beperkingen qua ontwerp en vorm
- Zeer korte levertijden
- Individualisering
Geschikte voorwerpen
Allerlei apparaten en hulpmiddelen bij de productie, bijvoorbeeld handgrepen of sjablonen.
Geschikte procedures
Lasersinteren of multi-jet fusie: Produceer zeer stabiele objecten.
- Lasersmelten: Wanneer metalen nodig zijn als materiaal.
- Fused Deposition Modelling: Voor eenvoudige geometrieën. Biedt een hoge materiaaldiversiteit.
Toepassing
Industriële bedrijven uit de machinebouw of automobielindustrie.
Het te printen 3D-model wordt gemodelleerd met CAD-software en na slicing (berekening van het traject van de printkop) als G-code-bestand naar de printer gestuurd. In principe wordt een onderscheid gemaakt tussen drie verschillende additieve processen:
- Poeder proces: Speciaal poeder wordt gehard door een bindmiddel of warmte, de bijbehorende vorm ontstaat. Deze omvatten selectieve lasersintering, polyjet modellering of digitale lichtverwerking.
- Vrije ruimte proces: Een spuitmond plaatst verwarmd filament laag voor laag op een drukplaat om het gewenste voorwerp te maken. Het model wordt hard als het afkoelt. Indien nodig kunnen steunconstructies die dienden om het model tijdens het printen te stabiliseren, worden verwijderd. Het bekendste procédé in de vrije ruimte is de gesmolten afzetting.
- Vloeibaar proces: Vloeibaar drukmateriaal wordt eerst in een kuipvormige bouwplaat gevuld. De bestraling van een laser verhardt de vloeistof op de punten waar de vorm moet ontstaan. Stereolithografie of digitale lichtverwerking vallen in deze categorie.
De vier meest voorkomende 3D-printprocessen voor de industrie zijn fused deposition modelling, stereolithografie, polyjet, lasersintering en multi-jet fusie. Hier volgt een kort overzicht van de processen:
Fused Deposition Modeling (FDM) of Fused Filament Fabrication (FFF)
Verwarmde en dus zachte kunststof wordt door één of twee extruders in dunne lagen op een printbed aangebracht. Zodra het filament afkoelt, wordt het hard. Vaste objecten worden afgedrukt met vulstructuren. Voor veel objecten zijn extra steunconstructies nodig zodat overhangende objecten niet wegzakken.
Het FDM-proces wordt steeds vaker gebruikt voor vroege prototypes, armaturen, mechanische onderdelen en modelbouw.
Fused Deposition Modelling wordt gekenmerkt door een kosteneffectieve, stabiele productiemethode. Het is echter niet geschikt voor complexe structuren.
Stereolithografie (SL)
Selectieve uitharding van een fotopolymeer vindt plaats door bestraling met een UV-laser. Dit gebeurt alleen op de punten waar het object moet worden gecreëerd. Tijdens het drukproces zakt de drukplaat steeds verder in de vloeistof.
Steunconstructies stabiliseren het object en voorkomen dat overhangen vervormen.
Dit proces wordt bijvoorbeeld gebruikt voor het maken van functionele en visuele prototypes, master forms en gedetailleerde modellen.
Stereolithografie produceert gladde, hoogwaardige oppervlakken die ook kleine details kunnen reproduceren. De productietijden zijn relatief kort.
Polyjet of MultiJet-Modeling (MJM)
Verschillende spuitmonden van de printkop brengen druppelsgewijs fotopolymeer aan op een drukplaat. Deze worden onmiddellijk uitgehard door UV-bestraling, waarna de volgende laag filament wordt aangebracht. Bij het drukken kunnen verschillende materialen worden gecombineerd, bijvoorbeeld een stevig handvat met een zacht rubberen oppervlak.
Er worden voornamelijk hoogwaardige prototypes, moedermallen, miniaturen en prototypes van verschillende materialen geproduceerd.
Polyjet maakt indruk met een goede kwaliteit met gladde oppervlakken en een hoge resolutie. Afdrukken is echter tijdrovender en kostbaarder dan andere processen.
Selectieve lasersintering (SLS)
Eerst wordt plastic poeder dun op het bouwplatform gestrooid. Een laser sinterde de overeenkomstige plekken in het poederbed volgens de sjabloon. Dit betekent dat de laser het poeder verhit tot net voor het smeltpunt, zodat de afzonderlijke korrels zich verbinden. Nadat een laag is afgewerkt, wordt het platform neergelaten en wordt er opnieuw poeder op gestrooid.
Functionele en visuele prototypes, kleine series en modelbouwonderdelen kunnen met SLS worden geprint.
Dit is een van de weinige processen waarvoor geen ondersteunende structuren nodig zijn. Getande delen kunnen uit één stuk worden geprint. Het oppervlak van het object moet echter worden gladgestreken na het 3D-printen en de printtijd is relatief lang.
Multi Jet Fusion
Op het printbed wordt een laag poeder aangebracht. Een printkop verdeelt vervolgens een warmtegeleidende vloeistof over de gebieden waar het model moet worden gecreëerd. Met behulp van infrarood licht wordt de poeder-vloeistoflaag sterk verhit en smelt. Een ander middel dat rond de laag wordt aangebracht, voorkomt dat de lijnen vervagen.
Dit procédé wordt gebruikt voor functionele onderdelen in kleine series, functionele prototypes en voorwerpen met complexe geometrieën.
Dit proces creëert stabiele objecten met een hoge resolutie en is snel en kostenefficiënt. Een nadeel: er worden ruwere oppervlakken geproduceerd dan met polyjet of SLA.
Speciale apparatuur voor 3D-printers in de industrie
De 3D-printers voor industrieel gebruik zijn robuust gebouwd en bijna zonder uitzondering omgeven door een behuizing om het bedienend personeel te beschermen tegen toevallig contact met de hete elementen van de printer. Bovendien vindt het drukproces in dergelijke behuizingen plaats onder constante omgevingsomstandigheden en wordt het uithardingsmateriaal beschermd tegen stof en andere vreemde voorwerpen. Dit vermindert ook het werkingsgeluid van de 3D-printer.
Bovendien zorgen optionele technische kenmerken van deze printers voor een veilig gebruik in de industriële sector: deze omvatten geïntegreerde camera's voor bewaking op afstand van de apparaten - tegelijkertijd een belangrijk veiligheidsvoordeel. Integratie in bestaande netwerken wordt gerealiseerd via WLAN of Ethernet-kabel, of de toevoer van gegevens wordt verzekerd via USB-stick of kabel. Voor een soepele overdracht van printgegevens van PC of Mac naar de 3D-printer moet fabrikantafhankelijke software worden geïnstalleerd.
Onze praktische tip: Bescherming tegen juridische gevolgen
Onder bepaalde omstandigheden kan productpiraterij strafrechtelijk relevant worden. Ga daarom vóór het printen van productieonderdelen na of de reproductie van bepaalde (merk)producten door middel van 3D-printen in strijd is met het merken- of auteursrecht.
3D-printen is een veeleisend technisch proces dat gepaard gaat met risico's bij gebruik en onderhoud. Dit betreft niet alleen de algemene veiligheid bij de omgang met 3D-printers. Afhankelijk van het gebruikte materiaal stoot het verhitte printerfilament uiterst fijne deeltjes en, onder bepaalde omstandigheden, gassen uit die de luchtwegen irriteren.
Dit vereist werken in goed geventileerde of actief geventileerde ruimten. Veel fabrikanten bouwen ook een HEPA-filter in hun industriële 3D-printers, dat beschermt tegen mogelijk schadelijke deeltjes tijdens het printen.
Voor onderhouds- en reinigingswerkzaamheden of om storingen op te heffen, moet u de printer loskoppelen van het stroomnet en minstens 30 minuten laten afkoelen.