10 toonaangevende innovatoren die metaal 3D-printing hardware transformeren

Metaal 3D-printing heeft een unieke periode in zijn geschiedenis betreden. Ontwikkelingen in hardware, software en materialen zorgen ervoor dat het blijft rijpen om nieuwe toepassingen te ontgrendelen en producten met een hoog niveau van betrouwbaarheid te creëren.

Vandaag lanceren we een serie artikelen die innovatieve bedrijven verkennen die metaal additieve productie (AM) drijven, beginnend met hardware.

Naarmate metaal 3D-printing evolueert, treden nieuwe hardwarefabrikanten de markt toe om huidige uitdagingen aan te pakken met nieuwe processen of creatieve invulling op bestaande.

We hebben een lijst samengesteld van bedrijven die recent veelbelovende metaal AM-technologieën gecommercialiseerd hebben, of dat binnenkort plannen – om te ontdekken wie, naast de gevestigde spelers, de toekomst van metaal 3D-printing zal vormgeven.

Laser Powder Bed Fusion

Laser Powder Bed Fusion (PBF) technologie blijft een van de populairste en geavanceerde metaal AM-processen. Maar gegeven de uitdagingen van hoge hardwarekosten, lage printsnelheden en beperkingen voortvloeiend uit proprietair systemen, is er enorme ruimte voor verbetering.

Verschillende bedrijven binnen de PBF-markt lijken sommige van deze problemen opgelost te hebben met snellere, open en flexibelere metaal PBF-systemen.

1. Aurora Labs

Hoewel het perspectief van 3D-printen van metalen onderdelen met een snelheid van 1 ton metaal per dag te mooi lijkt om waar te zijn, lijkt de Australische metaal 3D-printerfabrikant Aurora Labs dit te kunnen bereiken.

Sinds 2014 ontwikkelt Aurora Labs een nieuwe metaal 3D-printtechnologie om metaal 3D-printing op veel hogere snelheden mogelijk te maken. Eerst onthuld op Formnext 2018, is de Multilevel Concurrent Printing (MCP™) gebaseerd op de bekende poederbed-fusie technologie – maar met een twist.

In tegenstelling tot traditionele poederbed-technologieën, die één laag per keer printen, print MCP meerdere lagen simultaan in een enkele pass.

Hoe werkt de technologie? De MCP-technologie heeft twee sleutellementen: een rooster-achtig recoater-mechanisme en meerdere laserstralen. Wanneer de print begint, glijdt het recoater-apparaat, met meerdere hoppers, over het printbed, waarbij elke hopper verschillende lagen poeder in één pass aflegt.

Zolang één laag wordt afgelegd, wordt deze door een laser gesmolten, die het poeder bereikt door de speciale gaten in de recoater. Tijdens diezelfde pass worden opvolgende lagen afgelegd en successief door lasers gesmolten.

Essentieel betekent dit dat meerdere lagen in één pass geprint kunnen worden, wat het printproces aanzienlijk versnelt.

Vorige september rapporteerde Aurora Labs dat hun RMP1 3D-printer, aangedreven door MCP-technologie, een printsnelheid van 350 kg per dag had bereikt – een substantiële mijlpaal, vergeleken met ongeveer 15 kg per dag wat het systeem in september 2018 kon printen.

Gegeven deze verbeteringen, is Aurora Labs goed gepositioneerd om een van de snelste metaal PBF-systemen op de markt te brengen, die potentieel traditionele productieprocessen kan rivaliseren in termen van tijd en kosten.

2. Open Additive

Terwijl veel gevestigde 3D-printerfabrikanten proprietair systemen aanbieden, hebben slechts weinig bedrijven besloten een open systeembenadering te adoptie.

Eén dergelijk bedrijf is Open Additive, een spin-off van Universal Technology Company (UTC), met het doel een geïndustrialiseerde oplossing te ontwikkelen die in diverse omgevingen en behoeften past.

Daarom heeft het bedrijf een betaalbare laser PBF-systeem ontwikkeld, genaamd PANDA 3D-printer, met meerdere aanpasbare opties, van open machine-architectuur en materialen tot open parameters en sensortechnologie.

Open Additive gelooft dat een van de sleutelvoordelen van open systemen is dat bedrijven het risico op veroudering kunnen verminderen, door meer mogelijkheden toe te voegen of het systeem aan te passen naarmate nieuwe, geavanceerde technologieën ontwikkeld worden.

Deze open hardware en materialen benadering is niet bijzonder gemeen in AM vandaag, maar de industrie wordt steeds meer ontvankelijk voor dergelijke ontwikkelingen. Met inspanningen als die van Open Additive, komen we de visie van flexibele, configureerbare additieve technologie dichterbij die bedrijven veel meer opties geeft om innovatie te drijven.

3. Sharebot

De wereld van entry-level metaal 3D-printing bevolkt zich snel, en de lancering van Sharebot's MetalONE 3D-printer is nog een voorbeeld van deze trend.

Met een portfolio die de kern kunststof 3D-printprocessen omvat, was het slechts een kwestie van tijd voordat Sharebot in metaal stapte.

In het geval van MetalONE is de machine het resultaat van een project dat geëvolueerd is uit Sharebot's SnowWhite SLS-machine voor thermoplastische poeders, die het bedrijf vier jaar geleden lanceerde.

Gedebuteerd vorig jaar, heeft de machine een rather kleine build-envelope van 65 x 65 x 100 mm. Maar ondanks de kleine voetafdruk, markeerde het systeem een significante stap voorwaarts voor het bedrijf.

Geprijsd onder $120.000, zit de MetalONE in dezelfde prijs categorie als andere entry-level metaal 3D-printers, zoals Xact Metal's XM200 en de ORLAS Creator van OR Laser, allebei gebaseerd op PBF-technologie.

Zulke systemen zijn ideaal om materialen of onderdeelontwerpen te testen voordat men opschaalt naar grotere PBF-machines, maar kunnen ook geschikt zijn voor kleinschalige sieraden- en tandheelkundige fabricage.

Het is spannend te zien hoe Sharebot, dat begon als ontwikkelaar van basale desktop 3D-printers, geleidelijk zijn productaanbod heeft geëvolueerd naar meer professionele polymere 3D-printers, en na jaren onderzoek, is aangekomen bij hun eerste metaal 3D-printer.

Gesteld om metaal 3D-printing meer toegankelijk te maken voor kleine en middelgrote bedrijven, is Sharebot bereid om zijn al goed ontwikkelde ecosysteem te benutten om in een nieuwe markt van betaalbaar metaal prototyping en productontwikkeling te tappen.

Direct Energy Deposition

De ontwikkelingen op het gebied van Direct Energy Deposition (DED) zijn met name rijk. Deze technologie gebruikt een gefocuseerde warmtebron om metaalpoeder of -draad te smelten, terwijl het op het build-platform wordt toegevoegd.

DED-hardwarebedrijven duiken op, met een bijzonder spannend ontwikkelingsgebied: Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). Hieronder bekijken we veelbelovende hardwarefabrikanten op het gebied van WAAM en poeder-gebaseerde DED-processen.

4. WAAM3D

Per 2020 blijft de WAAM-mark klein, met een handvol bedrijven die actief deze metaal 3D-printtechnologie ontwikkelen.

WAAM3D is misschien een van de minder bekende namen in het veld, maar het bedrijf had een uitgebreid onderzoek uitgevoerd voordat het besloot zijn technologie op de markt te brengen.

WAAM3D werd in 2018 opgericht om Cranfield University's intellectuele eigendom in het WAAM-veld te commercialiseren.

Volgens het bedrijf heeft het gebrek aan toeleverketens – naamelijk softwaretools, WAAM-ontworpen hardware, grondstoffen, training en diensten – de verdiende industriële adoptie van WAAM-processen gehinderd, ondanks de bewezen zakelijke voordelen.

Het bedrijf streeft ernaar zo'n toeleverketens te creëren en het gebruik van WAAM te promoten over de luchtvaart en defensie, olie en gas, energie en nucleaire industrieën.

Tot nu toe heeft WAAM3D diverse succesvolle toepassingen van zijn technologie gepubliceerd. Een is een titane onderdeel, een 1 meter lang drukvat, dat geproduceerd is voor Thales Alenia Space. Door WAAM te gebruiken voor dit onderdeel, bespaarde het team meer dan 200 kg materiaal per item en kon het twee delen van het vat in één consolideren.

Eerder dit jaar heeft WAAM3D zijn eerste Series A financieringsrondje afgerond, wat het bedrijf verder zal brengen in de commercialisering van WAAM-technologie.

5. AML3D

AML3D is een ander bedrijf wiens oprichting geïnspireerd was door Cranfield University. AML3D's Managing Director, Andrew Sales, studeerde op Cranfield en gefascineerd door de potentie van de technologie, richtte in 2014 een WAAM-dienstbureau op in Australië.

In 2019 behaalde het bedrijf certificering van de mondiale scheepvaart-accreditatie-instantie, Lloyd's Register. Met de certificering op zijn plaats, leverde AML3D zijn eerste onderdeel aan een maritieme klant: een set martensitische roestvrij staal slijtringen.

Eerder dit jaar onthulde AML3D ook dat het de levering van zijn eerste WAM-gebaseerde 3D-printer, genaamd Arcemy, aan ST Engineering, een leider in luchtvaart en defensie, voorbereidt. Het Arcemy-systeem combineert lassen, CAD-software-ontwerp en robotica-technologie, om industriële-kwaliteit, groot-formaat en volledig-dichte metaalonderdelen te produceren.

AML3D verwacht dat hun 3D-printtechnologie de maritieme sector, onder andere, zal ten goede komen, helpen levertijden te verminderen en scheepsbouw en reparatie te vergemakkelijken.

6. Big Metal Additive

Het idee om groot-formaat 3D-printing vooruit te duwen, heeft ook de oprichting van Big Metal Additive (BMA) geïnspireerd. Deze start-up heeft een draad-gevoede, boog-gebaseerde AM-methode ontwikkeld om grote, complexe ontwerpstructuren uit aluminium te creëren.

Met een build-volume van meer dan 15 kubieke voeten en depositietempo's van tot 5 lbs (rond 2,27 kg) per uur, is BMA's machine geoptimaliseerd om trusses, auto-chassis, behuizingen, tooling en fixtures, balken en architecturale elementen te maken.

Een ander differentierend factor voor het BMA-systeem is materialen. De meeste metaal 3D-printers werken alleen met gespecialiseerde legeringen die gemakkelijk smelten en consolideren. Big Metal gebruikt acht commerciële aluminium booglassenlegeringen, die veel minder kostbaar zijn. Het bedrijf verwacht ook roestvrij staal, tool-stalen, superlegeringen en titanium in de toekomst toe te voegen.

"We willen dat het proces dat we ontworpen hebben wijdverspreid wordt. We willen het overal, van hot rod shops tot onderhoud tot prototype design shops," zei oprichter en president Slade Gardner in een interview met ASME.

De plannen van het bedrijf lijken waarachtig ambitieus, maar heel natuurlijk voor een bedrijf dat metaal AM in het rijk van groot-formaat productie wil drijven.

7. CHIRON Group

Een paar maanden geleden maakte CHIRON GROUP, een wereldwijde fabrikant van CNC-apparatuur, zijn intrede in de wereld van AM, met de ontwikkeling van zijn eerste DED 3D-printer, de AM Cube.

Maar wat had een dergelijke grote stap in de 3D-printarena aangezet?

Door AM-technologie aan zijn productportfolio toe te voegen, streeft CHIRON ernaar een compleet pakket productieoplossingen te bieden. Gericht op grote en complexe componenten, breidt de AM Cube uit op de bestaande kerncompetenties van het bedrijf die focussen op metaalbewerking en automatisering.

Gericht op toepassingen in luchtvaart, energie, toolfabricatie en andere industrieën, 3D-print het systeem near-net-shape onderdelen, maar is ook in staat om coating en reparatie van componenten uit te voeren.

Een spannende functie van de AM Cube is zijn modulariteit. De 3D-printer is zo ontworpen dat tot drie printkoppen tijdens een actieve print- of coatingproces gewijzigd kunnen worden.

Daarnaast heeft Chiron ervoor gezorgd dat zowel draad als poeder gebruikt kan worden om de flexibiliteit van de machine te vergroten. Dat is omdat coating met poeder een algemeen gebruikt proces is in veel industriële omgevingen, terwijl draad-gebaseerde DED betere veiligheidskenmerken en afvalreductie levert.

Nu creëert CHIRON een faciliteit, waar het zijn nieuwe 3D-printer zal gebruiken om grotere componenten te produceren, met lange inkooptijden en hoge materiaalprijzen.

8. Formalloy

Formalloy bestaat al vanaf begin 2016, maar in die 4 jaar heeft het DED metaal 3D-printbedrijf zich een naam gemaakt.

Formalloy's award-winnende technologie wordt gezegd in staat te zijn om te printen met een van de meest uitgebreide lijsten van metaallegeringen op de markt. Verder zijn de DED-systemen uitgerust met blauwe licht lasertechnologie, om near-net-shape onderdelen te creëren met diameters van 1 mm tot 1 m, met een depositietempo van tot 15 lbs per uur.

Het meest recente X-series systeem heeft ook Formfeed poederfeeders die het mogelijk maken om 3D te printen met gradient/bi-metal structuren.

Met de groeiende trend naar in-process monitoring, implementeerde Formalloy closed-loop controle technologie in de X-series, wat het systeem in staat stelt om build-kwaliteit en nauwkeurigheid in realtime te monitoren.

Dankzij het vermogen om grote componenten te produceren en te repareren, werden Formalloy's 3D-printers geadopteerd door onder anderen NASA in een serie R&D-projecten om de schaalbaarheid van groot-formaat AM te onderzoeken.

Door oplossingen te ontwikkelen gericht op kostenreductie en materiaalflexibiliteit, is Formalloy eruit om een deel van de DED-mark te vangen die pas nu een meer gevulde technologiecategorie wordt.

Metaal fotopolymerisatie

9. Incus

Incus GmbH, een spin-off van de Oostenrijkse keramische 3D-printerleverancier Lithoz, debuuteerde zijn nieuwe metaal fotopolymerisatie 3D-printproces op Formnext in 2019.

De technologie achter de nieuwe 3D-printer is gebaseerd op vat polymerisatie technieken, zoals SLA en DLP, die vloeibare harsmaterialen gebruiken. Incus heeft daarentegen een proces ontwikkeld dat het uitharden van een fotoreactief, metaal-gevuld materiaal mogelijk maakt, met een krachtige lichtprojector. Onderdelen 3D-geprint met de technologie moeten ontbinden en sintern ondergaan om hun finale eigenschappen te bereiken.

Potentiële voordelen van dit proces ten opzichte van andere metaal AM-technieken omvatten de mogelijkheid om met nieuwe 'niet-letsbare' metalen te werken, verbeterde veiligheid (door het vermijden van luchtgetragen poeders), verhoogde nauwkeurigheid en, omdat het licht-gebaseerd is, snellere buildsnelheden.

De technologie werd in late 2019 op de markt gebracht onder de Hammer-serie 3D-printers en is nu in gebruik bij diverse beta-klanten. Incus blijft zijn technologie verfijnen en kijkt naar het ontgrendelen van meer toepassingen over de medische, auto, luchtvaart en sieradensectoren.

Material Jetting

10. Tritone

Bijna alle 3D-printprocessen richten zich op het printen van het gewenste object, met één uitzondering: 3D-printen van gietvormen voor gieten.

Israëlische start-up Tritone heeft de unieke MoldJet-technologie ontwikkeld die het idee van het gewone 3D-printproces omkeert: in plaats van het gewenste object te 3D-printen, creëert Tritone's 3D-printer eerst een gietvorm en vult deze dan met een metaal- of keramische pasta, terwijl een precisie-mes eventueel overbodig materiaal afveegt om een gladde laag te laten.

Het materiaal ondergaat dan een thermische verwerkingstap om te harden, gevolgd door inspectie om laagkwaliteit te analyseren. Eenmaal klaar, worden onderdelen uit het bakje gehaald en in een ultrasonische bad geplaatst dat het gietvormmateriaal oplost om een robuust groen onderdeel te laten, klaar voor de finale sinterstap.

Een van de sleutelvoordelen van MoldJet ten opzichte van andere 3D-printprocessen is de mogelijkheid om standaard Metal Injection Moulding (MIM) poeders te gebruiken, wat materiaalkosten kan drukken. MIM-materialen zijn veelzijdig en overal op commodity-prijsniveaus beschikbaar.

Verder stelt Tritone dat onderdelen een dichtheid van tot 99 procent kunnen leveren, met een kwaliteit vergelijkbaar met MIM-onderdelen.

Momenteel is Tritone gefocust op verdere ontwikkeling en testen van de machine aangedreven door MoldJet-technologie. Het zal spannend zijn te zien hoe de nieuwe technologie op de markt ontvangen wordt, wanneer het bedrijf zijn metaal 3D-printer commercialiseert, met een lancering gepland voor het einde van dit jaar.

Metaal 3D-printing hardware vooruitgang

Metaal 3D-printing is een van de snelst-groeiende technologieën vandaag, en een reden voor deze groei is de lopende evolutie.

Nieuwe hardwarefabrikanten die de AM-industrie betreden, zijn een van de drijvende krachten achter deze evolutie, omdat ze processen willen ontwikkelen die de uitdagingen van reeds bestaande machines overwinnen.

De groeiende concurrentie in de metaal 3D-printmark brandt innovatie. Maar om het meest uit de innovatieve metaal AM-hardware te halen, moet het ook ondersteund worden door vooruitgang in andere gebieden, zoals materialen en softwareontwikkeling.

Alleen door een ecosysteem te creëren dat betrouwbare en herhaalbare gebruik van metaal 3D-printing ondersteunt, kunnen zowel start-ups als meer gevestigde bedrijven metaal AM een waardevolle productieoplossing maken.

Blijf op de hoogte voor ons volgende artikel dat kijkt naar de opkomende sterren in metaal 3D-printmaterialen.