Ontdek de 7 belangrijkste technologieën voor additieve productie

Additieve productie verwijst naar het proces waarbij een onderdeel wordt gemaakt door het stapsgewijs op te bouwen via de toevoeging van materiaal. Dit materiaal kan metaal, keramiek, plastic, fotopolymeer of zelfs voedsel zijn! ISO/ASTM heeft alle verschillende soorten additieve productietechnologieën in zeven categorieën onderverdeeld.

In dit artikel wordt beschreven hoe elk van deze soorten additieve productieprocessen werkt, evenals hun toepassingen, voordelen en verschillen.

1. Binderjetting

Roestvrijstalen onderdeel gemaakt door Xometry via Binder-jetting.

Binder Jetting is een op poederbed gebaseerde technologie voor additieve productie waarbij onderdelen worden gemaakt door selectief een bindmiddel op een dunne laag poedervormig materiaal aan te brengen. Het proces begint wanneer de printer een uniforme laag poeder, meestal plastic, metaal, zand of keramiek, op het bouwplatform aanbrengt. Er wordt gebruik gemaakt van een recoatingblad om ervoor te zorgen dat een nauwkeurige laag poeder over het bouwplatform wordt verdeeld. Dit wordt meestal gedaan door het recoaterblad, dat materiaal overbrengt van een poederopslagbak naast het printgebied. Het materiaal in de opslagbak wordt opgetild en het recoaterblad veegt het poeder uit de opslagbak op de gewenste laaghoogte over het bouwplatform. Vervolgens beweegt een inkjetkop over het poeder en verdeelt een bindmiddel over het poeder in de vorm van de dwarsdoorsnede van het onderdeel voor de huidige laag. Bij full-color kunststof onderdelen bevat het bindmiddel tevens een kleurstof om meerkleurige onderdelen te creëren.

Het printbed beweegt dan één laaghoogte naar beneden. Het overschildermes verdeelt nog een laag poeder over de vorige, en het proces gaat door. Bij het spuiten van metalen moet het onderdeel na het printen worden gesinterd om porositeit te elimineren en de mechanische sterkte te verbeteren. Als alternatief kan een metaalpoeder met een lage temperatuur, zoals brons, met het primaire materiaal worden gemengd. Wanneer het geprinte onderdeel wordt verwarmd, zal het brons smelten en de ruimtes tussen de primaire poederdeeltjes van de metaallegering opvullen.

Tabel 1 hieronder toont de typische materialen, toepassingen en voordelen van bindmiddelspuiten:

Tabel 1. Samenvatting van Binder Jetting

Materialen Toepassingen Voordelen

Materialen

• Zand
• Kunststoffen (PMMA, ABS, PA, PC)
• Keramiek
• Metaal (roestvrij staal, titaniumlegeringen)

Toepassingen

• Zandgietmallen
• Veelkleurige prototypes
• Goedkope metalen onderdelen in vergelijking met andere metaalprintprocessen

Voordelen

• Grote bouwvolumes
• Veelkleurige onderdelen
• Geen steunen vereist
• Ongebruikt poeder is recyclebaar
• Meer kunststoffen beschikbaar

2. Poederbedfusie (PBF)

Poederbedfusie (PBF) verwijst naar een reeks additieve productietechnologieën die poeders samensmelten met behulp van een krachtige, gerichte energiebron. De energiebron kan een laser (SLM of DMLS) of een elektronenbundel (EBM) zijn. Zowel metaal- als kunststofpoeders kunnen met PBF worden gebruikt. Het proces werkt door eerst een dunne laag poeder (vaak voorverwarmd) op het bouwplatform aan te brengen. Dit wordt bereikt met een recoatermes om consistentie van de laaghoogte te garanderen. Een gefocusseerde energiestraal smelt vervolgens de poederdeeltjes om de huidige dwarsdoorsnedelaag van het onderdeel te vormen. Het bouwplatform beweegt vervolgens één laag naar beneden. Er wordt nog een laag poeder toegevoegd en het proces herhaalt zich.

Voor metalen zijn energiebundels met een hoger vermogen nodig, en voor DMLS- en SLM-printen is een inerte atmosfeer vereist. Voor EBM moet het bouwvolume onder vacuüm worden gehouden. PBF-machines kunnen snel afdrukken, vooral als er printers met meerdere bundels worden gebruikt. EMB gebruikt slechts één straal, maar de straal kan extreem snel worden omgeleid, waardoor de functionaliteit van meerdere stralen wordt gesimuleerd.

Tabel 2 hieronder toont de typische materialen, toepassingen en voordelen van poederbedfusie:

Tabel 2. Samenvatting van poederbedfusie

Materialen Toepassingen Voordelen

Materialen

• Metaal (aluminium, titanium, koper, kobaltchroom, enz.)
• Nylon
• Keramiek

Toepassingen

Functionele metalen onderdelen zoals turbinebladen, verbrandingskamers van raketmotoren en warmtewisselaars

Voordelen

• Ongebruikt poeder kan worden gerecycled
• Breed scala aan metaalopties

3. Gerichte energiedepositie

Directed Energy Deposition (DED) is een additief materiaalproces dat uitsluitend met metalen wordt gebruikt. Het wordt vaak gebruikt om bestaande metalen onderdelen te repareren. Deze reparatiemogelijkheid is mogelijk omdat DED in vijf bewegingsassen kan printen, in tegenstelling tot andere printprocessen, die beperkt zijn tot drie. Een DED-printer kan rond bestaande onderdelen met complexe geometrieën manoeuvreren.

Deze vorm van additive manufacturing beperkt zich niet tot reparaties, maar kan ook gloednieuwe onderdelen printen. DED werkt door een poeder of een metaaldraad naar de printnozzle te sturen. Een laser- of elektronenstraal smelt vervolgens het materiaal en versmelt het met het basismateriaal. Elk lasbaar metaal kan met DED worden gemaakt of gerepareerd. Net als bij lasprocessen is voor DED-printen een beschermgas (laserstraal) of een vacuüm (elektronenstraal) nodig. Het gas bedekt alleen het gebied dat actief door de straal wordt gesmolten. Als alternatief kan het gehele bouwvolume worden verzadigd met een inert gas, waarvoor een afgesloten, luchtdicht bouwvolume vereist is.

Tabel 3 hieronder toont de typische materialen, toepassingen en voordelen van DED:

Tabel 3. Samenvatting van de gerichte energiedepositie

Materialen Toepassingen Voordelen

Materialen

Metalen (kobaltchroom, titanium, inconel, tantaal, niobium, roestvrij staal)

Toepassingen

• Onderdeelreparatie
• Geavanceerde lucht- en ruimtevaartcomponenten

Voordelen

• Kan grote delen printen (1000 mm3)
• Kan bestaande onderdelen repareren
• Kan een breed scala aan metalen en legeringen printen

4. Materiaaljetting

Een full-colour onderdeel met een gepolijste en helder gecoate afwerking, gemaakt met behulp van de PolyJet-service van Xometry.

Material jetting maakt gebruik van een reeks inkjetspuitmonden om materiaal op een bouwplatform te plaatsen, waardoor een onderdeel ontstaat. Dit proces vereist het gebruik van fotopolymeren als grondstof. Het werkt door eerst een laag fotopolymeer op het bouwplatform aan te brengen. Vervolgens beweegt een UV-lichtbron over het fotopolymeer om het uit te harden. Het bouwplatform beweegt vervolgens naar beneden en het proces wordt herhaald.

Omdat het uitharden door UV-licht van het bedrukte materiaal een integraal onderdeel is van dit additieve productieproces, kunnen alleen kunststoffen, waarvan er vele fotopolymeren zijn, worden bedrukt door middel van material jetting. Ondersteuningsstructuren zijn vereist om onderdelen succesvol te kunnen printen door materiaaljetting.

Tabel 4 hieronder toont de typische materialen, toepassingen en voordelen van materiaalstralen:

Tabel 4. Samenvatting van materiaaljetting

Materialen Toepassingen Voordelen

Materialen

• Fotopolymeerharsen
• Digitale materialen (composiet fotopolymeren)
• Was

Toepassingen

• Functionele productprototypes
• Anatomische modellen in kleur

Voordelen

• Zeer weinig afval
• Multi-materiaal en meerkleurige onderdelen zijn mogelijk
• Hogesnelheidsproces
• Hoge resolutie

5. Lamineren van vellen

Lamineren van platen is een gelaagd additief productieproces waarbij onderdelen worden opgebouwd door vellen materiaal te stapelen en aan elkaar te hechten, in plaats van poeders of vloeistoffen af te zetten of te smelten. Het kan worden gebruikt met een reeks materialen, waaronder papier, polymeerplaten, composieten en sommige metalen. Hoewel het proces doorgaans onderdelen met een lage resolutie oplevert, biedt het een hoge productiesnelheid en lage kosten, waardoor het voordelig is voor bepaalde prototyping en industriële toepassingen. 

Het proces werkt door het opeenvolgend neerleggen van dunne platen, waarbij elke snede overeenkomt met de dwarsdoorsnede van het onderdeel op die laag. Deze platen worden vervolgens met behulp van verschillende technieken, afhankelijk van het materiaal, aan de vorige laag gehecht. In sommige systemen snijdt een laser of mes de onderdeelgeometrie uit de plaat voor of na het lijmen. Overtollig materiaal rond het onderdeel kan tijdens of na de bouw worden verwijderd. 

Metaalplaten worden gewoonlijk verbonden met behulp van ultrasone additieve productie (UAM), waarbij ultrasone trillingen onder druk worden toegepast om de metaallagen te laten samensmelten zonder te smelten. Kunststofplaten worden doorgaans met elkaar verbonden door middel van hitte en druk, hetzij thermisch, hetzij met lijm. Composieten (bijvoorbeeld aramidevezels, glasvezel of met koolstofvezels versterkte lagen) en papier worden meestal gelamineerd met behulp van lijmen en compressie. Lamineren van platen wordt ook gebruikt om onderdelen met een bijna netvorm te maken, die vervolgens kunnen worden bewerkt of nabewerkt met behulp van CNC of andere subtractieve technieken om nauwere toleranties en oppervlakteafwerkingen te bereiken.

Tabel 5 hieronder toont de typische materialen, toepassingen en voordelen van plaatlaminering:

Tabel 5. Samenvatting van het lamineren van vellen

Materialen Toepassingen Voordelen

Materialen

• Papier
• Keramiek
• Koolstofvezelcomposieten
• Metaal (aluminium, koper, roestvrij staal, titanium)

Toepassingen

• Prototypes in kleur
• In de buurt van netvormdelen

Voordelen

• Lage kosten
• Hoge snelheid
• Kleurrijke delen

6. Materiaalextrusie

Close-up van een FDM-geprint onderdeel gemaakt door Xometry.

Materiaalextrusie is een van de meest bekende vormen van additieve productie, voornamelijk vanwege de acceptatie ervan door de consumentenmarkt. Materiaalextrusie wordt vaak FDM (Fused Deposition Modeling) of FFF (Fused Filament Fabrication) genoemd. Het proces werkt door een plastic filament van een voorraadspoel te leiden, door een verwarmde kamer te leiden en vervolgens uit een printnozzle te komen. Wanneer het materiaal het mondstuk verlaat, wordt het in de vorm van de huidige onderdeeldoorsnede op het bouwplatform afgezet. Zodra een laag klaar is, schuiven de printkoppen één laagdikte omhoog. Het proces wordt herhaald totdat het onderdeel voltooid is.

Thermoplastische en gevulde thermoplastische kunststoffen zijn de meest voorkomende grondstoffen die bij deze technologie worden gebruikt. Er kunnen echter metaalpoeder/polymeermatrixmaterialen worden gebruikt om metalen onderdelen te maken. Ze moeten in een oven worden nabewerkt om hun uiteindelijke mechanische eigenschappen te ontwikkelen.

Tabel 6 hieronder toont de typische materialen, toepassingen en voordelen van materiaalextrusie:

Tabel 6. Samenvatting materiaalextrusie

Materialen Toepassingen Voordelen

Materialen

• PLA
• ABS
• PC
• PETG
• Nylon
• ULTEM

Toepassingen

• Montagemallen
• Functionele prototypes
• Componenten met een laag productievolume

Voordelen

• Lage kosten
• Gemakkelijk te gebruiken
• Echte thermoplasten

7. BTW Fotopolymerisatie

BTW-fotopolymerisatie is een additief productieproces waarbij onderdelen worden gemaakt door een vloeibare fotopolymeerhars selectief uit te harden met behulp van een lichtbron. De twee belangrijkste technologieën in deze categorie zijn:

• SLA (stereolithografie) – maakt gebruik van een UV-laser om de dwarsdoorsnede van het onderdeel laag voor laag te volgen en te verstevigen.
• DLP (Digital Light Processing) – gebruikt een digitale projector om een hele laag in één keer te flitsen, waarbij de hars tegelijkertijd over de laag uithardt.

Bij beide processen is een vat met vloeibare fotopolymeerhars betrokken. Het bouwplatform begint net onder het oppervlak van de hars. Bij SLA scant een laserstraal over het harsoppervlak om de gewenste vorm van de huidige laag te verstevigen. Bij DLP flitst een lichtprojector het volledige laagbeeld in één enkele belichting. Zodra een laag is uitgehard, beweegt het bouwplatform verticaal (meestal naar boven), waardoor niet-uitgeharde hars onder het onderdeel kan stromen, en de volgende laag wordt over de vorige uitgehard. Dit proces gaat door totdat het onderdeel volledig is gevormd. Doordat het onderdeel geleidelijk uit het vat komt, lijkt het alsof het bouwplatform het object uit de vloeibare hars trekt.

Tabel 7 hieronder toont de typische materialen, toepassingen en voordelen van BTW-fotopolymerisatie:

Tabel 7. Samenvatting van BTW-fotopolymerisatie

Materialen Toepassingen Voordelen

Materialen

• PLA
• ABS
• PC
• PETG
• PA
• Met koolstofvezel gevuld ABS
• PEEK

Toepassingen

• Visuele prototypes/mock-up
• Sieraadmodellen voor het maken van mallen

Voordelen

• Hoge snelheid
• Zeer fijne details zijn mogelijk

Wat is Additive Manufacturing?

Additieve productie verwijst naar het additieve proces waarbij een onderdeel wordt gemaakt door het laag voor laag op te bouwen. Dit staat in contrast met subtractieve productie, waarbij wordt begonnen met een massief blok materiaal en het overtollige materiaal wordt verwijderd om een ​​onderdeel te creëren. CNC-bewerking is een voorbeeld van subtractieve productie.

Raadpleeg onze volledige gids over additieve productie voor meer informatie.

Additieve productie vertegenwoordigt een keerpunt in de productie, met zeven kernprocessen:bindmiddelspuiten, poederbedfusie, gerichte energiedepositie, materiaalspuiten, lamineren van platen, materiaalextrusie en vatfotopolymerisatie. Elk proces biedt zijn eigen sterke punten, of het nu gaat om precisie, schaal, snelheid of materiaalveelzijdigheid. Wat opvalt is de verschuiving van het verspillend verwijderen van materiaal naar gecontroleerde, laag-voor-laag creatie, waardoor mogelijkheden ontstaan ​​variërend van het repareren van vitale luchtvaartonderdelen tot het printen van gedetailleerde prototypes en functionele componenten. De technologie presenteert zichzelf niet als een enkele oplossing, maar als een toolkit, waarmee het juiste proces kan worden gekoppeld aan de juiste uitdaging, waardoor de productie efficiënter, aanpasbaarder en innovatiever wordt.

Veelgestelde vragen over soorten additieve productie

Wat is de meest gebruikte vorm van additieve productie?

De meest gebruikte vormen van additieve productie zijn:materiaalextrusie (FDM/FFF), plaatlaminering, BTW-polymerisatie en poederbedfusie (PBF). Het is vermeldenswaard dat de mate waarin elke technologie voor additieve productie wordt toegepast, varieert afhankelijk van de industrie waarin deze wordt gebruikt. De lucht- en ruimtevaartindustrie maakt bijvoorbeeld intensief gebruik van DED en poederbedfusie.

Welke organisatie categoriseert additieve productieprocessen?

ASTM International en ISO zijn gezamenlijk verantwoordelijk voor de categorisering van additieve productieprocessen. ASTM en ISO hebben de zeven categorieën gecreëerd die in dit artikel worden beschreven.

Hoe worden additieve productieprocessen geclassificeerd?

Additieve productieprocessen zijn geclassificeerd onder ISO/ASTM 52900, de internationale standaard die de belangrijkste termen en categorieën in AM definieert. Het organiseert technologieën in zeven procestypen, gebaseerd op hoe lagen worden gevormd en materialen worden gebonden. Deze categorieën omvatten onder meer methoden zoals materiaalextrusie, vatfotopolymerisatie en poederbedfusie. Deze classificatie zorgt voor consistentie tussen sectoren en toepassingen.

Is 3D-printen een voorbeeld van Additive Manufacturing?

Ja, 3D-printen is een vorm van additive manufacturing. In feite is dit het meest bekende en meest gebruikte voorbeeld. De term '3D-printen' wordt vaak informeel gebruikt om te verwijzen naar alle additieve productieprocessen, waarbij objecten laag voor laag worden opgebouwd op basis van digitale modellen.

Raadpleeg onze volledige gids over 3D-printen versus additieve productie voor meer informatie.

Samenvatting

In dit artikel werden zeven verschillende soorten additieve productieprocessen besproken en beschreven hoe ze werken, wat hun voordelen en hun nadelen zijn. Neem vandaag nog contact op met een Xometry-expert voor meer informatie over de verschillende soorten additive manufacturing en hoe deze het beste geschikt zijn voor uw specifieke toepassing.

Xometry biedt een breed scala aan productiemogelijkheden, waaronder 3D-printen en diensten met toegevoegde waarde voor al uw prototyping- en productiebehoeften. Bezoek onze website voor meer informatie of vraag een gratis en vrijblijvende offerte aan.

Disclaimer

De inhoud die op deze webpagina verschijnt, is uitsluitend voor informatieve doeleinden. Xometry geeft geen enkele verklaring of garantie van welke aard dan ook, expliciet of impliciet, met betrekking tot de nauwkeurigheid, volledigheid of geldigheid van de informatie. Eventuele prestatieparameters, geometrische toleranties, specifieke ontwerpkenmerken, kwaliteit en soorten materialen of processen mogen niet worden afgeleid als representatief voor wat externe leveranciers of fabrikanten via het netwerk van Xometry zullen leveren. Kopers die offertes voor onderdelen zoeken, zijn verantwoordelijk voor het definiëren van de specifieke vereisten voor die onderdelen. Raadpleeg onze algemene voorwaarden voor meer informatie.

Dean McClements

Dean McClements is afgestudeerd aan de B.Eng Honours in Werktuigbouwkunde en heeft meer dan twintig jaar ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele carrière omvat belangrijke functies bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep inzicht ontwikkelde in technische processen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements