Ontdek De 7 Belangrijkste Additieve Manufacturing Technologieën

Additieve manufacturing verwijst naar het proces van het creëren van een onderdeel door het stap voor stap op te bouwen via toevoeging van materiaal. Dit materiaal kan metaal, keramiek, plastic, fotopolymer of zelfs voedsel zijn! ISO/ASTM heeft alle verschillende typen additieve manufacturing technologieën in zeven categorieën ingedeeld.

In dit artikel beschrijven we hoe elk van deze typen additieve manufacturing processen werkt, evenals hun toepassingen, voordelen en verschillen.

1. Binder Jetting

Roestvrij staal onderdeel gemaakt door Xometry via Binder jetting.

Binder Jetting is een poederbed-gebaseerde additieve manufacturing technologie die onderdelen creëert door selectief een bindmiddel te depositieren op een dun laagje poederachtig materiaal. Het proces begint wanneer de printer een uniforme laag poeder, meestal plastic, metaal, zand of keramiek, op het bouwplatform legt. Een recoating blade zorgt ervoor dat een precieze laag poeder wordt verdeeld op het bouwplatform. Dit wordt doorgaans gedaan door de recoater blade, die materiaal uit een poederopslagbin naast het printgebied overbrengt. Het materiaal in de opslagbin wordt getild, en de recoater blade veegt het poeder van de opslagbin over het bouwplatform op de vereiste laaghogte. Vervolgens beweegt een inkjet kop over het poeder en depositiert een bindmiddel over het poeder in de vorm van het onderdeeldwarsdoorsnede voor de huidige laag. Voor full-color plastic onderdelen bevat het bindmiddel ook een kleurstof om meerkleurige onderdelen te creëren.

Het printbed daalt vervolgens met één laaghogte. De recoating blade verdeelt nog een laag poeder bovenop de vorige, en het proces gaat door. Bij binder jetting van metalen moet het onderdeel na het printen gesinterd worden om porositeit te elimineren en de mechanische sterkte te verbeteren. Als alternatief kan een laag-smeltend metaalpoeder zoals brons worden gemengd met het primaire materiaal. Wanneer het geprint onderdeel wordt verwarmd, smelt het brons en vult de ruimtes tussen de primaire metaallegering poederdeeltjes.

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

Tabel 1. Binder Jetting Samenvatting

MaterialenToepassingenVoordelen

Materialen

• Zand
• Plastics (PMMA, ABS, PA, PC)
• Keramieken
• Metaal (Roestvrij Staal, Titanium legeringen)

Toepassingen

• Zandgietmalen
• Meerkleurige prototypes
• Goedkope metaalonderdelen vergeleken met andere metaalprintprocessen

Voordelen

• Grote bouwvolumes
• Meerkleurige onderdelen
• Geen supports vereist
• Ongebruikt poeder is herbruikbaar
• Meer plastics beschikbaar

2. Powder Bed Fusion (PBF)

Powder bed fusion (PBF) verwijst naar een reeks additieve manufacturing technologieën die poeders smelten met een hoog-vermogen gefocuste energiebron. De energiebron kan een laser (SLM of DMLS) of een elektronenbundel (EBM) zijn. Zowel metaal- als plasticpoeders kunnen met PBF worden gebruikt. Het proces werkt door eerst een dun laagje poeder (vaak voorverwarmd) op het bouwplatform te plaatsen. Dit wordt bereikt met een recoater blade om consistentie van de laaghogte te garanderen. Een gefocuste energiebundel smelt vervolgens de poederdeeltjes om de huidige dwarsdoorsnede laag van het onderdeel te vormen. Het bouwplatform daalt vervolgens met één laag. Nog een laag poeder wordt toegevoegd, en het proces herhaalt zich.

Hogere-vermogen energiebundels zijn nodig voor metalen, en een inerte atmosfeer is vereist voor DMLS en SLM printen. Voor EBM moet het bouwvolume onder vacuüm worden gehouden. PBF machines kunnen snel printen, met name als multi-bundel printers worden gebruikt. EBM gebruikt slechts één bundel, maar de bundel kan extreem snel worden omgeleid, waardoor multi-bundel functionaliteit wordt gesimuleerd.

Tabel 2 hieronder toont de typische materialen, toepassingen en voordelen van powder bed fusion:

Tabel 2. Powder Bed Fusion Samenvatting

MaterialenToepassingenVoordelen

Materialen

• Metaal (Aluminium, titanium, koper, kobalt-chroom, etc)
• Nylon
• Keramieken

Toepassingen

Functionele metaalonderdelen zoals turbinebladen, raketmotor verbrandingskamers en warmtewisselaars

Voordelen

• Ongebruikt poeder kan gerecycled worden
• Wijd bereik aan metaalopties

3. Directed Energy Deposition

Directed energy deposition (DED) is een additief materiaalproces dat exclusief met metalen wordt gebruikt. Het wordt vaak gebruikt om bestaande metaalonderdelen te repareren. Deze reparatiecapaciteit is mogelijk omdat DED in vijf assen van beweging kan printen, in tegenstelling tot andere printprocessen, die beperkt zijn tot drie. Een DED printer kan manoeuvreren rond bestaande onderdelen met complexe geometrieën.

Dit type additieve manufacturing is niet beperkt tot reparaties, maar kan ook helt nieuwe onderdelen printen. DED werkt door een poeder of een metaaldraad naar de printnozzel te richten. Een laser of elektronenbundel smelt vervolgens het materiaal en smelt het met het basismateriaal. Elk lasbaar metaal kan met DED worden gemaakt of gerepareerd. Net als bij lasprocessen is een beschermingsgas (laserbundel) of een vacuüm (elektronenbundel) vereist voor DED printen. Het gas dekt alleen het gebied dat actief wordt gesmolten door de bundel. Alternatief kan het hele bouwvolume worden verzadigd met een inert gas, wat een afgedicht luchtchtig bouwvolume vereist.

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

Tabel 3. Directed Energy Deposition Samenvatting

MaterialenToepassingenVoordelen

Materialen

Metalen (kobalt-chroom, titanium, Inconel, tantalum, niobium, roestvrije stalen)

Toepassingen

• Onderdeelreparatie
• Geavanceerde luchtvaartcomponenten

Voordelen

• Kan grote onderdelen printen (1000 mm3)
• Kan bestaande onderdelen repareren
• Kan een wijd bereik aan metalen en legeringen printen

4. Material Jetting

Een full-color onderdeel met een gepolijste en klaren coating afwerking, gemaakt met Xometry's PolyJet service.

Material jetting gebruikt een reeks inkjet nozzels om materiaal op een bouwplatform te depositieren, wat een onderdeel creëert. Dit proces vereist het gebruik van fotopolymers als grondstoffen. Het werkt door eerst een laag fotopolymer op het bouwplatform te depositieren. Vervolgens beweegt een UV-lichtbron over het fotopolymer om het te verharden. Het bouwplatform daalt dan, en het proces wordt herhaald.

Omdat UV-licht verharding van het geprint materiaal een integrale onderdeel is van dit additieve manufacturing proces, kunnen alleen plastics, waarvan veel fotopolymers zijn, geprint worden door material jetting. Ondersteuningsstructuren zijn vereist om onderdelen succesvol te printen met material jetting.

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

Tabel 4. Material Jetting Samenvatting

MaterialenToepassingenVoordelen

Materialen

• Fotopolymer harsen
• Digitale materialen (composiet fotopolymers)
• Was

Toepassingen

• Functionele productprototypes
• Full-color anatomische modellen

Voordelen

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

5. Sheet Lamination

Sheet lamination is een gelaagd additief manufacturing proces dat onderdelen bouwt door vellen materiaal te stapelen en te binden - in plaats van poeders of vloeistoffen te depositieren of te smelten. Het kan gebruikt worden met een reeks materialen, waaronder papier, polymervellen, composieten en sommige metalen. Hoewel het proces doorgaans laag-resolutie onderdelen oplevert, biedt het hoge productiesnelheid en lage kosten, wat het voordelig maakt voor bepaalde prototyping en industriële toepassingen.

Het proces werkt door achtereenvolgens dunne vellen neer te leggen, elk gesneden om de dwarsdoorsnede van het onderdeel op die laag te matchen. Deze vellen worden vervolgens gebonden aan de vorige laag met verschillende technieken, afhankelijk van het materiaal. In sommige systemen snijt een laser of mes de onderdeelsgeometrie uit het vel voor of na het binden. Overmaat materiaal rond het onderdeel kan tijdens of na de build worden verwijderd.

Metaalvellen worden doorgaans gebonden met ultrasonic additive manufacturing (UAM), dat ultrasonische trillingen onder druk toepast om de metaallagen te smelten zonder te smelten. Plasticvellen worden doorgaans gebonden met warmte en druk, hetzij thermisch of met lijmen. Composieten (bijv. aramidvezels, glasvezel of koolstofvezel-versterkte lagen) en papier worden meestal gelamineerd met lijmen en compressie. Sheet lamination wordt ook gebruikt om near-net-shape onderdelen te creëren, die vervolgens kunnen worden bewerkt of post-verwerkt met CNC of andere subtractieve technieken om strakkere toleranties en oppervlakteafwerkingen te bereiken.

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

Tabel 5. Sheet Lamination Samenvatting

MaterialenToepassingenVoordelen

Materialen

• Papier
• Keramieken
• Koolstofvezel composieten
• Metaal (Aluminium, koper, roestvrij staal, titanium)

Toepassingen

• Full-color prototypes
• Near net shape onderdelen

Voordelen

• Lage kosten
• Hoge snelheid
• Full-color onderdelen

6. Material Extrusion

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

Material extrusion is een van de bekendste typen additieve manufacturing, voornamelijk door de adoptie door de consumentenmarkt. Material extrusion wordt vaak aangeduid als FDM (Fused Deposition Modeling) of FFF (Fused Filament Fabrication). Het proces werkt door een plastic filament van een toeleverspool te richten, door een verwarmde kamer te laten lopen en vervolgens uit een printnozzel te laten komen. Naarmate het materiaal de nozzel verlaat, wordt het gedeponeerd in de vorm van de huidige onderdeeldwarsdoorsnede op het bouwplatform. Zodra een laag compleet is, bewegen de printkoppen om één laagdikte omhoog. Het proces wordt herhaald tot het onderdeel compleet is.

Thermoplasten en gevulde thermoplasten zijn de meest typische grondstoffen die met deze technologie worden gebruikt. Echter, metaalpoeder/polymere matrix materialen kunnen gebruikt worden om metaalonderdelen te creëren. Deze moeten na-verwerkt worden in een oven om hun finale mechanische eigenschappen te ontwikkelen.

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

Tabel 6. Material Extrusion Samenvatting

MaterialenToepassingenVoordelen

Materialen

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

Toepassingen

• Montagejigs
• Functionele prototypes
• Lage productievolume componenten

Voordelen

• Lage kosten
• Eenvoudig te gebruiken
• Echte thermoplasten

7. VAT Photopolymerization

VAT photopolymerization is een additief manufacturing proces dat onderdelen creëert door selectief een vloeibare fotopolymer hars te verharden met een lichtbron. De twee primaire technologieën onder deze categorie zijn:

• SLA (Stereolithografie) – gebruikt een UV-laser om de dwarsdoorsnede van het onderdeel laag voor laag te traceren en te verharden.
• DLP (Digital Light Processing) – gebruikt een digitale projector om een volledige laag in één keer te flashen, de hars gelijktijdig over de laag verhardend.

Beide processen omvatten een vat met vloeibare fotopolymer hars. Het bouwplatform start net onder het oppervlak van de hars. Bij SLA scant een laserbundel over het harsoppervlak om de gewenste vorm van de huidige laag te verharden. Bij DLP flitst een lichtprojector het volledige laagbeeld in een enkele blootstelling. Zodra een laag verhard is, beweegt het bouwplatform verticaal (meestal omhoog), waardoor onverharde hars onder het onderdeel kan vloeien, en de volgende laag wordt verhard op de vorige. Dit proces gaat door tot het onderdeel volledig gevormd is. Omdat het onderdeel geleidelijk uit de vat emerges, lijkt alsof het bouwplatform het object uit de vloeibare hars trekt.

Tabel 7 hieronder toont de typische materialen, toepassingen en voordelen van VAT photopolymerization:

Tabel 7. VAT Photopolymerization Samenvatting

MaterialenToepassingenVoordelen

Materialen

• PLA
• ABS
• PC
• PETG
• PA
• Koolstofvezel-gevulde ABS
• PEEK

Toepassingen

• Visuele prototypes/mock-up
• Juwelenmodellen voor het creëren van malen

Voordelen

• Hoge snelheid
• Zeer fijn detail mogelijk

Wat Is Additieve Manufacturing?

Additieve manufacturing verwijst naar het additieve proces van het creëren van een onderdeel door het laag voor laag op te bouwen. Dit is in tegenstelling tot subtractieve manufacturing, wat begint met een vast blok materiaal en eventueel overbodig materiaal verwijdert om een onderdeel te creëren. CNC-bewerking is een voorbeeld van subtractieve manufacturing.

Om meer te leren, zie onze complete gids over additieve manufacturing.

Additieve manufacturing vertegenwoordigt een keerpunt in productie, met zeven kernprocessen: binder jetting, powder bed fusion, directed energy deposition, material jetting, sheet lamination, material extrusion en vat photopolymerization. Elk proces biedt zijn eigen sterktes, of in precisie, schaal, snelheid of materiaal veelzijdigheid. Wat opvalt is de verschuiving van het verspillend verwijderen van materiaal naar gecontroleerde, laag-voor-laag creatie, wat mogelijkheden opent variërend van het repareren van vitale luchtvaartonderdelen tot het printen van gedetailleerde prototypes en functionele componenten. De technologie presenteert zich niet als een enkele oplossing, maar als een toolkit, waar het juiste proces kan worden afgestemd op de juiste uitdaging, wat manufacturing efficiënter, aanpasbaarder en innovatiever maakt.

Veelgestelde Vragen Over Typen Additieve Manufacturing

Wat Is Het Meest Gebruikte Type Additieve Manufacturing?

De meest gebruikte typen additieve manufacturing zijn: material extrusion (FDM/FFF), sheet lamination, VAT polymerisatie en powder bed fusion (PBF). Het is de moeite waard om op te merken dat de graad van adoptie van elke additieve manufacturing technologie varieert afhankelijk van de industrie waarin het wordt gebruikt. Bijvoorbeeld, de luchtvaartindustrie maakt zwaar gebruik van DED en powder bed fusion.

Welke Organisatie Categoriseert Additieve Manufacturing Processen?

ASTM International en ISO zijn gezamenlijk verantwoordelijk voor de categorisatie van additieve manufacturing processen. ASTM en ISO hebben de zeven categorieën beschreven in dit artikel gecreëerd.

Hoe Worden Additieve Manufacturing Processen Geclassificeerd?

Additieve manufacturing processen worden geclassificeerd onder ISO/ASTM 52900, de internationale standaard die kerntermen en categorieën in AM definieert. Het organiseert technologieën in zeven proces typen, gebaseerd op hoe lagen worden gevormd en materialen worden gebonden. Deze categorieën omvatten methoden zoals material extrusion, vat photopolymerization en powder bed fusion, onder andere. Deze classificatie helpt consistentie te garanderen over industrieën en toepassingen heen.

Is 3D Printen Een Voorbeeld Van Additieve Manufacturing?

Ja, 3D printen is een vorm van additieve manufacturing. In feite is het de meest bekende en algemeen gebruikte voorbeeld. De term "3D printen" wordt vaak informeel gebruikt om te verwijzen naar alle additieve manufacturing processen, die betrekking hebben op het bouwen van objecten laag voor laag vanuit digitale modellen.

Om meer te leren, zie onze complete gids over 3D printen vs. additieve manufacturing.

Samenvatting

In dit artikel werden 7 verschillende typen additieve manufacturing processen beoordeeld en beschreven hoe ze werken, hun voordelen en hun nadelen. Om meer te leren over de verschillende additieve manufacturing typen en hoe elk het beste kan passen bij uw specifieke toepassing, neem vandaag nog contact op met een Xometry expert.

Xometry biedt een breed scala aan productiemogelijkheden, waaronder 3D printen en waarde-toevoegende diensten voor al uw prototyping- en productiebehoeften. Bezoek onze website om meer te weten te komen of om een gratis, vrijblijvend offerte aan te vragen.

Disclaimer

De inhoud die op deze webpagina verschijnt is alleen voor informatieve doeleinden. Xometry geeft geen enkele voorstelling of garantie van welke aard dan ook, noch uitdrukkelijk noch impliciet, wat de nauwkeurigheid, volledigheid of geldigheid van de informatie betreft. Eventuele prestatieparameters, geometrische toleranties, specifieke ontwerpkenmerken, kwaliteit en typen materialen of processen mogen niet worden afgeleid als vertegenwoordigend voor wat zal worden geleverd door derden leveranciers of fabricanten via Xometry's netwerk. Kopers die offertes vragen voor onderdelen zijn verantwoordelijk voor het definiëren van de specifieke eisen voor die onderdelen. Raadpleeg onze voorwaarden voor meer informatie.

Dean McClements

Dean McClements is een B.Eng Honors afgestudeerde in Werktuigbouwkunde met meer dan twee decennia ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele reis omvat significante rollen bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep begrip ontwikkelde van ingenieursprocessen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements