Opkomende 3D-printmaterialen: Een Uitgebreide Review van Recente Vooruitgang

3D-printen avanceert op een razend tempo, gedreven door continue verbeteringen in materiaalkunde en certificeringsstandaarden. De Senvol Database rapporteert dat de catalogus van additieve productie (AM) materialen uitgebreid is van ongeveer 1.700 in 2019 naar 2.245 in 2020 – een 30% sprong in beschikbare opties.

Medische en Tandheelkundige Toepassingen

In gezondheidszorg is 3D-printen al essentieel voor het produceren van orthopedische implantaten, chirurgische instrumenten en tandheelkundige apparaten. De COVID-19-pandemie versnelde adoptie, met snelle fabricage van testzwabjes, gezichtsschermen en kritieke apparatuur.

Materiaalinnovatie is een direct antwoord op deze eisen. Evonik introduceerde recent het eerste PEEK-gebaseerde filament dat voldoet aan ASTM F2026, wat 3D-geprinte orthopedische en maxillofaciale implantaten mogelijk maakt. Ondertussen ontwikkelt Spanje's Andaltec onderzoekscentrum antibacteriële en anagesische filamenten – PoliM3D – voor FDM-printers, gericht op custom implantaten en prothesen.

Poolse fabrikant Spectrum Filaments lanceerde ABS Medical, een filament afgeleid van USP-gecertificeerd ABS-graan dat ISO 10993-1 en EU Voedselcontactverordening Nr. 10/2011 meet. Het is goedgekeurd voor contact met voedsel en geschikt voor revalidatie-ondersteuningen en lichte gebitsprothesen.

In tandheelkunde hangt de trend naar printen van complete gebitsprothesen, aligners en bruggen af van biocompatibele, langdurige materialen. 3D Systems' NextDent® Denture 3D+ ontving 510(k) clearance van de Amerikaanse Food and Drug Administration in 2019, wat de mechanische eigenschappen van conventionele gebitsprothesebasissen evenaart. Rapid Shape's samenwerking met VOCO produceerde de V-Print-familie van tandheelkundige harsen, terwijl Saremco Dental AG een nieuwe fotopolymerhars vrijgaf capabel van kronen, inlays, onlays en veneers te printen met mechanische prestaties vergelijkbaar met keramische restauraties.

Wijdverspreide klinische adoptie hangt af van de voortgezette beschikbaarheid van biocompatibele, duurzame en gecertificeerde materialen die gepersonaliseerde en hoogpresterende medische en tandheelkundige producten mogelijk maken.

Hoogtemperatuur Materialen

Toepassingen die bij verhoogde temperaturen opereren, drijven vraag naar hittebestendige AM-materialen. Roboze en SALIC parten om EXTEM AMHH811F te produceren, een amorf thermoplastisch polyimide-filament met een hitte-afbuigingstemperatuur van 230 °C en een glas-overslagstemperatuur van 247 °C – het hoogst gerapporteerde voor elk 3D-printbaar materiaal. Het filament biedt ook uitstekende vlamvertragende eigenschappen, chemische weerstand en behoudt mechanische kracht onder hitte.

Essentium's High-Speed Extrusion (HSE) platform omvat nu hoogtemperatuur-nylon, geschikt voor luchtvaart, halfgeleider en olie-en-gas componenten zoals schablonen, bevestigingen en machineonderdelen.

Aluminiumlegeringen Voor Metaal AM

Aluminium wordt verwacht de snelst-groeiende metaal AM-segment te blijven over het komende decennium, grotendeels door zijn lichtgewicht aard en sterke prestaties. Een €1,7 miljoen partnerschap tussen Oerlikon, Linde en de Technische Universiteit München (TUM) ontwikkelt een nieuwe hoogsterkte aluminiumlegering specifiek geëngineerd voor additieve productie. Het team tackelt uitdagingen zoals verdampingsverlies van legeringselementen en micro-krakvorming bij hoge temperaturen, met als doel robuuste, lichte onderdelen voor luchtvaart en auto te leveren.

Engineering-firma EDAG's CustoMat_3D-project introduceerde een crash-vrije aluminiumlegering ontworpen voor auto-serieproductie. De legering levert hogere trekkracht en rek bij breuk, wat significante gewichtsreducties – tot 30% – in cruciale componenten zoals wieldragers en hoge-stijfheid wielkast-elementen mogelijk maakt.

VELO3D lanceerde Aluminum F357, een anodiseerbare legering afgestemd op Powder Bed Fusion (PBF) systemen, die tractie wint in luchtvaart- en-SMRP_placeholder_1

Optomec's LENS-technologie biedt nu aluminiumlegeringen voor Direct Energy Deposition (DED) die hoge depositietempo's, uitstekende oppervlakteafwerking en een dichtheid van ongeveer 99,9% bereiken.

Certificerings- en Karakteriseringsinspanningen

Materiaalcertificering blijft cruciaal voor industriële adoptie, wat consistentie en betrouwbaarheid van AM-onderdelen garandeert. UL's recente studie over veiligheidskritische polymeren informeerde de ontwikkeling van een framework voor het evalueren van vlamvertragende ABS- en PEI-filamenten. De bevindingen bieden fundamentele richtlijnen voor het certificeren van polymeren bedoeld voor 3D-printen.

Consistente materiaalkwaliteit begint met rigoureuze karakterisering van voedselstof. Element, een wereldwijde leider in certificering, onthulde een toegewijde AM-poederkarakteriseringsfaciliteit die chemische samenstellinganalyse, zeefanalyse, deeltjesgrootteverdeling, stroomsnelheidstesten en meer uitvoert – wat garandeert dat poeders authentiek, zuiver en uniform zijn.

Het Evoluerende 3D-printmaterialenlandschap

Dagelijkse aankondigingen van nieuwe materialen, partnerschappen en standaardstellende activiteiten benadrukken het dynamisme van de AM-sector. Naarmate innovaties versnellen, zal het bereik van beschikbare materialen verbreden, wat nieuwe toepassingen en markten over industrieën heen ontgrendelt.

Om meer te leren over de staat van de 3D-printmaterialenmarkt, bekijk ons nieuwste Additive Manufacturing Landscape 2020 rapport hier.