Additieve Productie Beheersen: Technologieën, Processen en Toepassingen

Als je dit leest, weet je waarschijnlijk al wat een 3D-printer is (zo niet, lees dan dit artikel over 3D-printen vs. injectiegieten). Maar begrijp je de verschillen tussen het grote aantal additieve productieprocessen, technologieën en hun toepassingen?

Om te beginnen, hier zijn drie gemakkelijke manieren om de diverse additieve productietechnologieën te categoriseren:

1. Gesmolten Vastestoffen

Er is een heel scala aan additieve productietechnologieën die erop berusten een materiaal te smelten en uit een mondstuk of eind-effector te extruderen. Deze additieve technologieën herconstitueren essentieel een „volledig” materiaal (zoals van een spoel) in een nieuwe vorm door te smelten en in lagen te leggen in een nieuwe vorm.

2. Vloeistoffen Verharden

Je zag dit waarschijnlijk niet aankomen, maar ja, er is een additief productieproces dat de totale inverse is van het smelten van vastestoffen. Meestal berustend op fotogevoelige harsen of polymeren, werken deze 3D-printers meestal door een laser of een projectie toe te passen om een dunne film van de hars te verharden tot een vast object.

3. Poeders Smelten

Mogelijk de meest bekende technologie-indeling, poedersmelting werkt precies zoals de naam suggereert. Het materiaal waarmee je werkt is in zijn „rauw” formaat een poeder en smelt samen ofwel door een bindmiddel of door het materiaal te smelten met een warmtebron.

Nu we een handjevol van de verschillende manieren waarop je additief kunt produceren hebben behandeld, laten we duiken in de specifieke additieve productieprocessen.

Additieve Productieprocessen

FFF: Fused Filament Fabrication

De kans is groot dat je, als iemand 3D-printen zegt, aan deze additieve technologie denkt. Gemakkelijk de meest prolific additieve technologie door de boom in desktopmachines die rond 2010 begon, produceren FFF-machines producten met een spoel plastic die door een hete extruder wordt gedreven die het plastic smelt tot vloeibare vorm, wat dan in een patroon wordt gelegd dat één plak van het object is. Je kent FFF misschien door additieve productie-hardwarebedrijven als Ultimaker.

FFF Toepassingen

FFF is een fantastische werkpaard additieve productietechnologie voor prototyping, basisproducten maken, ideeën snel testen, en algemene ideatieworkflows. Natuurlijk kan FFF ook worden gebruikt met meer „duurzaamheid” in gedachten om producten te produceren. FFF is een betrouwbare technologie voor additieve productie, met weinig dingen die mis kunnen gaan, minimale downtime, en over het algemeen goed geproduceerde objecten. Het wordt meestal beperkt door de printresolutie, wat een afweging creëert tussen nauwkeurigheid en snelheid. FFF-onderdelen vereisen ook enige na-verwerking voor afwerking, en de rijglijnen moeten meestal worden verwijderd voor schilderen.

SLA & DLP – Selective Laser Additive & Digital Light Processing

Discussieerbaar de tweede meest populaire/beroemde 3D-printproces na FFF, deze additieve technologie profiteerde ook van een boom in bedrijven die rond 2010 begonnen. Deze 3D-printers gebruiken een fotogevoelige tank met hars, waarbij het object wordt gemaakt door een laser over de laag te laten lopen om de hars op zijn plaats te verharden. DLP verschilt van SLA door de gehele afbeeldingslaag te projecteren met een projector in plaats van een laser. Discussieerbaar is DLP sneller, omdat de hele laag tegelijk wordt geprojecteerd in plaats van een laser te gebruiken om te traceren, maar er zijn weer afwegingen, meestal rond de oppervlakteafwerking. Je kent SLA-printen waarschijnlijk door bedrijven als FormLabs.

SLA & DLP Toepassingen

Er zijn veel harsopties beschikbaar, waarvan de meeste de materiaaleigenschappen van een plastic nabootsen. Voordelen van SLA ten opzichte van FFF zijn doorgaans nauwkeurigheid en oppervlakteafwerking, dus als je objecten print met veel fijn kleine details, zal SLA je beter van pas komen. Echter, het SLA-proces eist meer van je als eindgebruiker, met extra stappen na het printen om het onderdeel klaar te maken. SLA kan ook grote delen printen en wordt op schaal gebruikt. Je herinner je misschien de Adidas Futurecraft 4D schoenen met een 3D-geprinte zool, die bereikt werden met SLA-gebaseerde technologie van Carbon.

MJF – Multi Jet Fusion

Whoa, jet fusion? En er zijn er meerdere? Ja. Deze additieve technologie is zo verbazingwekkend als de naam suggereert. Multi Jet Fusion produceert nylononderdelen met een inktjetsysteem niet te anders dan wat je in een gewone papierprinter zou hebben. De kop van een multi-jet fusion machine is aanzienlijk complexer dan een gewone printerkop, het stuurt materiaal en bindmiddelen. MJF neigt ertoe een veel consistentere afwerking en materiaaleigenschap te geven dan zijn Selective Laser Sintering tegenhangers.

MJF Toepassingen

Voor professionals voegt dit proces kleur en materialiteit samen zodat prototyping veel dichter bij het eindobject kan komen dan met andere prototypingprocessen. Deze additieve productietoepassing is bijzonder handig als kleur er toe doet, niet alleen vanuit een afwerkperspectief maar ook voor visuele representaties zoals het printen van een warmtekaart van spanningen direct op het onderdeel, wat het makkelijker maakt om te begrijpen wat er aan de hand is bij het beoordelen van je object.

DMLS – Direct Metal Laser Sintering

Voordat we hierin duiken, is het de moeite waard om op te merken dat DMLS een relatief nieuw additief productieproces is ten opzichte van andere lasersinterprocessen. Waarschijnlijk weet je wat SLS (Selective Laser Sintering) is en de nylononderdelen die het maakt. DMLS werkt door hetzelfde proces te gebruiken, een laser om metaalpoeder te smelten. Meestal gebruikt om complexe onderdelen te prototypen en massaproduktie van aangepaste producten, stelt DMLS je in staat om onderdelen te produceren die veel sterker zijn (omdat metaal nu eenmaal sterker is dan plastic voor het grootste deel) en te testen.

DMLS Toepassingen

Relatief tot andere processen is DMLS duur, omdat het een metaal additief productieproces is. Dit is verwacht gegeven de materialen, de technologie, en de vereiste veiligheidsprotocollen om een DMLS-machine te huisvesten zijn duur. Maar de kosten zijn het natuurlijk waard om processen te kunnen testen en valideren. Als je in de luchtvaart of auto-industrie werkt, zal een DMLS-printer een van de meest effectieve manieren zijn om complexe, unieke onderdelen te prototypen en zo dicht mogelijk bij het eindonderdeel te komen. Je denkt misschien: „Wat is er met bewerken?” Natuurlijk kun je nog steeds bewerken als onderdeel van elk prototypingproces, maar we zijn hier om objecten te bespreken die het gebruik van additieve productie noodzakelijk maken.

DED – Direct Energy Deposition

DED-printen is het beste te zien als de metaal tegenhanger van FFF voor kunststoffen. DED-machines zullen ofwel een poeder of een draad (niet te anders dan een plastic spoel) gebruiken om het metaal op het extrusiepunt te verwarmen en het met een mondstuk af te zetten.

DED Toepassingen

Van de beschrijving van DED kun je denken dat het in vergelijkbare toepassingen als FFF wordt gebruikt, maar dan met metaalonderdelen. In de praktijk is het meest voorkomende gebruik van DED vandaag de dag het opbouwen op bestaande onderdelen en het includeren in een hybride productieproces voor high-end additieve productietoepassingen. Een van de meest beroemde voorbeelden zou het gebruik van hybride productie in de Haven van Rotterdam zijn. Zij zullen 3D-onderdelen op beschadigde roeren printen om een vervangingsonderdeel te maken en vervolgens een bewerkingsproces gebruiken om het onderdeel in een voltooide staat te brengen, klaar voor gebruik op een nieuw schip.

Natuurlijk zijn de bovenstaande opties niet de enige additieve productietechnologieën die gebruikt kunnen worden om producten te maken, maar al deze zijn beschikbaar in Fusion 360 of Netfabb als outputs voor je workflow.

Welk additief proces gebruik je en waarvoor? Laat het ons weten in de reacties. En als je klaar bent om je additieve productie naar het volgende niveau te tillen, hier is hoe Fusion 360 je kan helpen.