Additive Manufacturing begint volwassener te worden dan desktop 3D-printen

3D-printen wordt volwassen. Is het net zo revolutionair als zijn belofte of gewoon een ander waardevol hulpmiddel in de werkgereedschapskist - of beide? We spreken met MakerBot en een 3D-printing consultant in de Rust Belt om te zien waar de dingen zijn en waar ze heen gaan.

3D-printen heeft zijn volledige potentieel niet bereikt in professionele en productiegerichte omgevingen, maar er is veel gezonde ruimte om daar te groeien, zeggen additive manufacturing-ingenieurs, consultants en academici. En er duiken nieuwe technologieën en machines op die profiteren van innovaties in metaalpoeders. Een van de grootste vragen over de technologie is of het kan evolueren van een favoriet bij het ontwerpen en prototypen van onderdelen naar een steunpilaar op de werkvloer. Zal het zijn slag slaan op hogere productieniveaus? En wat zijn de belemmeringen voor het maken van grotere golven?

Insiders uit de branche zeggen dat winkels van elke omvang deze 3D-processen op verschillende ingenieuze manieren gebruiken - van op maat gemaakte werkstukken en mallen tot functionele eindgebruiksonderdelen met een geometrie die alleen mogelijk is met additive manufacturing.

"CNC-winkels gebruiken dingen als MakerBot om complexe structuren te 3D-printen die het apparaat in de frees kunnen houden in de hoek die nodig is om het onderdeel te kunnen bewerken", zegt Chris Barrett, president van 3DDirections. "Dus winkels maken op die manier mallen, armaturen en wat gereedschap."

Barrett is scheikundige en natuurkundige van beroep, maar verveelde zich met reageerbuizen - en vond zijn weg naar materiaalwetenschap en techniek. Omdat hij in Ohio is gevestigd, werd Barrett blootgesteld aan traditionele productie en de wereld van opkomende additieve en 3D-printtechnologieën. Hij begon zijn adviesbureau met een sterk begrip van beide werelden en richt zich op het helpen van bedrijven om te profiteren van de technologie waar dit het meest zinvol is.

Opmerking:Barrett, als trainer voor Tooling U-SME, organiseerde op 27 juni een webinar over additive manufacturing op Better MRO, waar hij zeven hoofdcategorieën van 3D-printen schetste en de voor- en nadelen van elk type besprak. De herhaling is beschikbaar in de videolink hierboven. Onderwerpen inbegrepen:

• Vt-fotopolymerisatie
  • Bevat stereolithografie (SLA) en digitale lichtverwerking (DLP)
• Kruisbedfusie (PBF)
  • Bevat SLS, Direct Metal Laser Sintering (DMLS), SLM, Electron Beam Melting (EBM)
• Binder jet printing (BJP)
• Materiaalstraaldruk (MJP)
• Lamineren van vellen (LOM)
• Materiaal extrusie
  • Bevat fused deposition modeling (FDM)

• Gerichte energiedepositie (DED)

"Er zijn een aantal belangrijke manieren waarop fabrikanten en jobshops tegenwoordig professionele 3D-printers gebruiken", zegt Dave Veisz, vice-president engineering bij MakerBot. "Bedrijven gebruiken ze voor de organisatie van de werkplek - voor onderdelen die een winkel helpen bij het implementeren van 5S lean manufacturing, assemblage- en meetinrichtingen, onderdelengrijpers, meters en waar kunststoffen met een hoge sterkte voldoende zijn... Je gaat het niet gebruiken voor unieke veeleisende hoge -kracht- of hoge-temperatuurtoepassingen zoals ovenarmaturen, maar voor veel armatuur- en gereedschapstoepassingen werkt het goed.”

Een cruciaal voordeel van 3D-printen:geometrische complexiteit is "gratis", zegt Veisz. Stel bijvoorbeeld dat u een grijper ontwerpt om een ​​gietstuk op te pakken en te plaatsen en dat deze een complexe vorm heeft. U kunt de inverse van de gietgeometrie in CAD genereren, deze aanpassen aan de toepassing en een perfecte match printen. Aangezien de kosten en tijd voor 3D-printen voornamelijk worden bepaald door het volume van de onderdelen, zijn er geen extra kosten voor moeilijk te bereiken geometrieën via traditionele productieprocessen.”

Metaal 3D-printen, additieve productie:wie gebruikt het tegenwoordig?

Additieve productie met behulp van metaalpoeder of thermoplasten op hoge temperatuur wordt voornamelijk gebruikt in de lucht- en ruimtevaart- en defensiesector - en met een goede reden:deze bedrijven kunnen het zich veroorloven om onderzoeks- en ontwikkelingsdollars te investeren in kleinere, soms complexe onderdelen die het potentieel hebben om de kosten of levertijd versnellen. Onderdelen zijn onder meer:​​complexe leidingen voor omgevingscontrolesystemen, onderdelen van windtunnels en onbemande luchtvaartuigen, tanks voor brandstof en andere vloeistoffen, vervangende onderdelen en composietlay-ups.

"De meeste grote OEM's op het gebied van ruimtevaart en defensie, waaronder Boeing, Lockheed, GE, Northrop Grumman, degenen met grote inkomsten, ze zitten er allemaal in", zegt Barrett. "En de andere bedrijven die het beginnen te gebruiken, zijn biomedische bedrijven die tegenwoordig titanium heupimplantaten maken. Maar waar je tegenaan loopt zijn de kosten.”

De OEM's willen het werk kunnen uitbesteden en uitbesteden aan kleinere fabrikanten. De uitdaging is dat de normen de met metaal bedrukte onderdelen nog niet hebben ingehaald. De FAA-normen voor lucht- en ruimtevaartonderdelen, met name voor vliegtuigen voor grote passagiers, kunnen met recht streng zijn. Er is veel onderzoek nodig om te begrijpen wat acceptabele kleine afwijkingen zijn - en wat niet.

Op dit moment kan een kleinere werkplaats misschien een metalen onderdeel printen voor een OEM, maar hij kan bijvoorbeeld slechts één soort metaalpoeder in zijn machine gebruiken volgens de standaard op één goedgekeurde machine - en dus zijn de beperkingen kostbaar , zegt Barrett. Jobshops hebben flexibiliteit nodig om winst te maken.

Zie hoe een luchtvaart- en defensiefabrikant een niche vond in 3D-additief werk. Lees " Een 3D-geprint onderdeel op de markt brengen in de lucht- en ruimtevaart .”

"Het goede nieuws is dat de normen in de komende vijf tot tien jaar een impact zullen hebben", zegt Barrett. "Momenteel doet NIST (National Institute of Standards and Technology) hier veel onderzoek."

Maar het is niet beperkt tot ruimtevaart of implantaten. Andere medische instrumenten worden gemaakt, zoals draagbare apparaten, medische karren en chirurgische gidsen en gereedschappen, evenals onderdelen voor de categorieën energie, transport en consumentenproducten. In olie en gas worden onderdelen gekarnd voor rotoren en stators. In de automobielsector maken bedrijven lambrisering, interieurs op maat en roosters. En voor consumenten, denk aan vorm en pasvorm:monturen voor brillen en pre-productieontwerpen.

 Wilt u een technische vraag beantwoorden? Vraag de MSC Metalworking Tech Team op het forum.

MakerBot's methode is gericht op de professionele markt en banenwinkels

Een van de bedrijven die veel aandacht en aandacht kreeg tijdens de eerste consumentenacceptatie van 3D-printen was MakerBot. Het bedrijf, dat in 2013 door Stratasys werd gekocht, heeft zich de afgelopen jaren gericht op onderzoek en ontwikkeling buiten de hobby- en onderwijsmarkten. Stratasys maakt sinds 2015 3D-onderdelen voor Airbus.

Afgelopen december lanceerde MakerBot een meer geavanceerde 3D-printmachine gericht op de professionele markt genaamd Method, die ongeveer een derde kost van een industriële 3D-printer op instapniveau. MakerBot werkte samen met Stratasys bij de ontwikkeling van de technologie die in de nieuwe machine wordt gebruikt. Method is het eerste nieuwe hardwareplatform in ongeveer drie jaar voor MakerBot.

"Het is echt het eerste platform dat we van de grond af hebben ontwikkeld als een filiaal van Stratasys", zegt Veisz. "Het is een combinatie van het intellectuele eigendom van Stratasys en enorme kennis en het ontwerp- en engineering-DNA van MakerBot ... , zonder beide onderdelen hadden we deze machine niet succesvol kunnen maken."

De functieset van Method is totaal anders en robuuster dan de desktop 3D-printmachines die er zijn, beweert het. Die functieset omvat dubbele extrusie van massief modelmateriaal en oplosbaar PVA - wat in water oplosbaar plastic is - en een metalen CNC-gefreesd frame, droge afdichtingsmateriaalbaaien en een circulerende verwarmde kamer die een warm luchtkussen creëert dat essentieel is voor het creëren van een gecontroleerde omgeving . Elke laag die wordt toegevoegd, ziet dezelfde omgeving.

Bekijk dit integratiewebinar over 3D-printen en CNC-bewerking om dingen in actie te zien [Bron:MakerBot]

"Dit zie je bij industriële 3D-printers die beginnen in de tienduizenden dollars en je ziet dit niet in de desktopwereld", zegt Veisz. Desktop 3D-printers maken gebruik van een hobbyistische architectuur die geen herhaalbare maatnauwkeurigheid biedt, waardoor ze niet geschikt zijn voor veel productietoepassingen met nauwe toleranties.

Omdat de printomgeving op desktop 3D-printers niet zo gecontroleerd is als op industriële 3D-printers, lijden ook de nauwkeurigheid en de uptime van de machine. In de meeste desktop 3D-printers wordt het onderdeel, als je omhoog beweegt in de Z-richting, blootgesteld aan een koelere omgeving, waardoor de laag zwakker wordt en het onderdeel anders vervormt.

Met Method claimt MakerBot toleranties te geven voor het voltooide onderdeel van plus-minus 0,2 millimeter voor de eerste 100 millimeter in de X-, Y- en Z-assen - en vervolgens schaalt het op met dezelfde verhouding, 0,002 millimeter per millimeter voor elke afmetingen groter dan 100 millimeter.

"Het zijn dus niet helemaal nauwkeurige CNC-bewerkingstoleranties, maar het is zeker dichtbij genoeg voor de meeste mal-, opspannings-, gereedschaps- en prototypewerkzaamheden", zegt Veisz. "En het is in lijn met de toleranties voor productie van kunststof spuitgieten. U ziet geen beweringen over dimensionale nauwkeurigheid in de meeste desktop 3D-printen, en MakerBot heeft geen beweringen gedaan over de nauwkeurigheid van voltooide onderdelen op eerdere machines ... U ziet niet echt beweringen over dimensionale nauwkeurigheid voor onderdelen [in de meeste desktop 3D-printen] ... Het is opmerkelijk dat dit de eerste printer is die we hebben gelanceerd die echt elke geometrie kan printen vanwege de oplosbare ondersteuning, en deze kan printen met een consistente onderdeelnauwkeurigheid vanwege de machinefuncties en -besturingen."

Gebruik je tegenwoordig 3D-printen voor het maken van prototypes, mallen en armaturen? Praat erover in de forum . [registratie vereist]