5 toepassingen die innovatie op het gebied van 3D-printen laten zien

Additive manufacturing (AM) is een van de belangrijkste technologieën die de innovatie voor fabrikanten kunnen versnellen. Industrieën die AM overnemen, ondergaan een transformatie, die nieuwe kansen met zich meebrengt op het gebied van productontwerp en productie.

In het artikel van vandaag zullen we enkele van de recente ontwikkelingen op het gebied van 3D-printen bekijken die voor nieuwe trends in alle sectoren kunnen zorgen.

1. Een 3D-geprint bionisch oog 

Het menselijk oog is een fascinerend stukje techniek, maar het opnieuw maken ervan bleek een uitdaging vanwege meerdere technologische barrières. Nu, met de convergentie van 3D-printen, elektronica en biologie, vond het onderzoeksteam van de Universiteit van Minnesota een manier om de barrières te overwinnen en creëerde een prototype van een kunstoog.

Deze mijlpaal markeert een belangrijke stap in de richting van het creëren van een bionisch oog, dat blinde mensen kan helpen om beter te zien of ziende mensen beter kunnen zien.

Het prototype van een bionisch oog bestaat uit een halfronde glazen koepel waarop zilverdeeltjes zijn gedrukt. Vervolgens gebruikten ze halfgeleidende polymeermaterialen om fotodiodes af te drukken, die licht omzetten in elektrische signalen die kunnen worden verwerkt en omgezet in echte afbeeldingen.

Bij testen werkte het kunstmatige oog met een efficiëntie van 25 procent bij het omzetten van licht signalen in elektrische signalen. Onderzoekers zeggen dat dit het dichtst in de buurt komt van het ontwikkelen van iets dat lijkt op een echt oog. Een multi-materiaal 3D-printer, ontwikkeld door het team, was de sleutel tot het bereiken van deze grote prestatie.

Momenteel werken onderzoekers aan het volgende prototype, dat meer lichtreceptoren zal hebben die nog efficiënter zijn. Ze zijn ook op zoek naar een manier om te printen op een zacht halfbolvormig materiaal dat in een echt oog kan worden geïmplanteerd.

Hoewel het klinkt als sciencefiction, kunnen 3D-geprinte bionische ogen binnenkort werkelijkheid worden en een nieuw tijdperk in de regeneratieve geneeskunde inluiden.

2. 3D-printen van complete boten en militaire schuilplaatsen 

3D-printen is recentelijk toegepast om een ​​boot van 7,62 m te produceren met een gewicht van meer dan 2 ton. De boot, genaamd 3Dirigo, zou het grootste object zijn dat ooit 3D-geprint is. De prestatie werd bereikt door het UMaine Advanced Structures and Composites Center van de Universiteit van Maine.

Grootschalig 3D-printen wordt een nieuwe trend, aangezien steeds meer bedrijven op zoek zijn naar manieren om niet alleen kleine onderdelen en prototypes, maar ook grote constructies op een economischere manier te 3D-printen.

Het 3D-geprinte vaartuig is een opwindende indicator dat deze trend aan kracht wint. De boot is in 72 uur non-stop uit één stuk gemaakt. Bij gebruik van traditionele productiemethoden kan de fabricage van de boot enkele weken of zelfs maanden duren.

De op extrusie gebaseerde 3D-printer, die de boot heeft gemaakt, is ontworpen om te werken met biogebaseerde materialen, specifiek een mengsel van plastic en houtcellulose. De nieuwe duurzame bio-afgeleide composieten zouden recyclebaar en economisch zijn.

Het combineren van deze materialen met grootschalig 3D-printen is geen toeval. 3D-printen staat ook bekend als een duurzame productieoptie, vanwege minder materiaalverspilling en snellere productie dichter bij het punt van behoefte.

Naast de 3D-geprinte boot hebben de onderzoekers ook een 3D-geprinte 3D-geprinte 3.65 m lange U.S. Army Communications-schuilplaats geïntroduceerd. Dit project was een demonstratie van een samenwerking tussen UMaine en het Soldier Center van het Amerikaanse leger Combat Capabilities Development Command (CCDC) om nieuwe, snel inzetbare schuilplaatsen voor soldaten te ontwikkelen.

Uiteindelijk bieden deze ontwikkelingen een glimp van hoe grootschalige 3D-printing zou innovatie en de ontwikkeling van prototypen in zowel de maritieme als de militaire sector kunnen versnellen. Buiten deze industrieën heeft grootschalig 3D-printen zijn nut al bewezen voor toepassingen in de ruimtevaart, de bouw en gieterijen.

3. Een nieuwe kijk op raketproductie 

Met name de ruimtevaart kan binnenkort worden getransformeerd door grootschalig 3D-printen, aangezien de in Californië gevestigde startup Relativity Space van plan is een raket te maken, waarvan ongeveer 95 procent van de componenten 3D-geprint zal zijn.

Om zijn visie werkelijkheid te maken, heeft het bedrijf Stargate ontwikkeld, een van 's werelds grootste booglassende metalen 3D-printers, aangedreven door machine learning en robotica. De technologie achter de Stargate 3D-printer werkt door metaaldraad te smelten terwijl het uit een mondstuk op een bouwplatform wordt geëxtrudeerd.

Met de mogelijkheid om componenten te maken met een diameter tot 2,7 m (9 ft.) en ongeveer 4,5 m (15 ft.) hoog, zal Stargate alle brandstoftanks en andere grote raketcomponenten printen. Voor kleinere onderdelen maakt het bedrijf gebruik van Selective Laser Melting (SLM)-technologie.

Door 3D-printen toe te passen om vrijwel een hele raket te vervaardigen, hoopt Relativity Space het gewicht van de raket aanzienlijk te verminderen, wat de lanceringskosten mogelijk kan verlagen, terwijl het laadvermogen toeneemt. Bovendien zou 3D-printen het bedrijf in staat kunnen stellen om in slechts twee maanden een vluchtklare raket te produceren - een indrukwekkend tijdsbestek als het gaat om raketproductie.

Relativity Space biedt aan om begin 2021 als eerste een volledig 3D-geprinte raket in een baan om de aarde te lanceren. Hoewel deze plannen aanvankelijk misschien vergezocht leken, boekt het bedrijf gestaag vooruitgang in de richting van zijn doel .

Het belangrijkste product van het bedrijf, de Terran 1-raket, heeft bijvoorbeeld enkele recente verbeteringen ondergaan, waaronder een kuip met een laadvermogen van 3 m, met tweemaal het volume. Een andere opmerkelijke prestatie is de onlangs gesloten Series C-financiering van $ 140 miljoen, waarmee het bedrijf een stap dichter bij zijn visie komt.

Door hele raketten in 3D te printen, kan de levering van raketten aanzienlijk worden versneld, waardoor de frequentie van lanceringen toeneemt. Deze visie is echt ambitieus, en als het succesvol blijkt, zal het een stap zijn in de richting van een nieuwe kijk op hoe raketten worden ontwikkeld en vervaardigd.

4. 3D-printen en de toekomst van autonome mobiliteit

Airbus is een samenwerking aangegaan met LM Industries om een ​​start-up genaamd Neorizon te vormen, om innovatieve producten te leveren met een focus op autonome mobiliteit. Om dit te bereiken bundelen de bedrijven hun expertise op het gebied van digitale fabricage en 3D-printen van polymeren en metalen.

LM Industries werd vorig jaar (2018) opgericht door Local Motors, het bedrijf achter enkele van de meest spraakmakende 3D-geprinte voertuigen in de branche. In 2016 heeft Local Motors Olli in 3D geprint, een zelfrijdende shuttle, gebouwd met 90 procent minder onderdelen dan een traditioneel voertuig en met 100 procent recyclebare onderdelen. Het bedrijf gebruikt 3D-printen om voertuigen te vervaardigen en te assembleren in lokale microfabrieken, waardoor een flexibelere en wendbare productie wordt bereikt.

Volgens LM Industries zijn 'de huidige transportinfrastructuur en bestaande massaproductie te inflexibel en kapitaalintensief om in te spelen op veranderende technologische trends en veranderende consumenteneisen'.

Om meer flexibiliteit te bieden op het gebied van productontwikkeling en productie zal Neorizon een lokale microfabriek oprichten, waardoor het producten veel sneller en flexibeler kan ontwerpen en vervaardigen.

Hoewel het momenteel onduidelijk is welke producten de start-up precies gaat ontwikkelen, zal de focus waarschijnlijk op de luchtvaart liggen. Momenteel is er een groeiende interesse in het gebruik van vliegtuigen als vliegende taxi's of bestelwagens, dus dit zou een gebied kunnen zijn dat Neorizon kan verkennen.

Wat het ook is dat Neorizon ontwikkelt, een samenwerking als deze dient als een zoveelste indicator van een groeiende verschuiving naar digitale productie, waarbij 3D-printen een van de sleutelrollen speelt. Uiteindelijk betekent dit dat beide bedrijven vertrouwen hebben in het potentieel van AM om hen te helpen de toekomst van autonome mobiliteit te heroverwegen.

5. Een nieuwe kans voor servicebureaus voor 3D-printen 

In september lanceerde Voodoo Manufacturing, een in de VS gevestigde 3D-printserviceprovider, Voodoo Clear Aligners, een nieuwe tandheelkundige productie- en distributieservice.

Het bedrijf gebruikt Formlabs-technologie op harsbasis om 20.000 uitlijnmallen te bouwen een maand. Tegen het einde van het jaar wil het zijn productie opschalen tot 80.000 matrijzen per maand.

Hoewel verrassend, is de stap van Voodoo Manufacturing naar de markt voor clear aligners goed onderbouwd. De markt voor clear aligners maakt een enorme groei door en Voodoo wil een aandeel claimen.

In veel opzichten kan deze groei worden toegeschreven aan de introductie van digitale technologieën, zoals tandheelkundig 3D-printen.

In wezen zijn clear aligners de apparaten die worden gebruikt om tanden af ​​te stellen en recht te zetten. Het zijn inherent geïndividualiseerde producten, omdat de positie en vorm van de tanden van elke persoon anders is. 3D-printen is de enige technologie die tandheelkundige professionals in staat stelt om transparante aligners kosteneffectief aan te passen door middel van de productie van mallen.

Deze mallen worden vervolgens gebruikt in een proces dat thermovormen wordt genoemd, waarbij een gespecialiseerd plastic wordt verwarmd totdat het buigzaam wordt en vervolgens in de vorm van de mal wordt gevormd.

Geschat wordt dat de meeste clear aligners momenteel worden geproduceerd met behulp van 3D-geprinte mallen. Voor een dergelijke grootschalige toepassing worden snelheid en automatisering de twee belangrijkste prioriteiten, die sinds de oprichting centraal staan ​​in de activiteiten van Voodoo Manufacturing.

Andere 3D-printservicebureaus zouden hiervan kennis kunnen nemen. Met zoveel verschillende materialen en technologieën die er zijn, wordt het voor servicebureaus van cruciaal belang om zich in bepaalde gebieden te specialiseren om concurrerend te blijven.

De sprong van Voodoo Manufacturing naar de markt voor duidelijke aligners wijst op nog een ander gebied waar een 3D-printservicebureau expertise kan vestigen. Naarmate de markt voor duidelijke aligners blijft groeien en er meer bedrijven bij het spel komen, kunnen sommige andere serviceproviders het voorbeeld van Voodoo Manufacturing volgen om de steeds lucratiever wordende marktniche te vullen.

De trendsettende kracht van 3D-printen

Industrieën die 3D-printen toepassen, krijgen steeds meer vertrouwen in de technologie. Naarmate het vertrouwen groeit, zijn bedrijven bereid te experimenteren met 3D-printen om nieuwe toepassingen en zakelijke kansen te vinden. Dit helpt uiteindelijk om nieuwe trends in verschillende sectoren vorm te geven, of het nu gaat om de ontwikkeling van geavanceerde medische producten of de productie van volledig 3D-geprinte raketten.

Het is duidelijk dat 3D-printen, aangezien het verder gaat dan prototyping, een enorm potentieel heeft om innovatie te stimuleren, waardoor bedrijven niet alleen de mogelijkheid krijgen om zich te onderscheiden van de concurrentie, maar ook om iets te ontwikkelen dat het volgende grote ding zou kunnen worden .