Geavanceerde 3D-printtechnologieën: Deel 2 – Laag-voor-laag fabricatie verkend

Deel twee: 3D-printtechnologieën

3D-printen – ook bekend als additieve manufacturing (AM) – biedt een breed scala aan verschillende printtechnologieën om uit te kiezen. Hoewel er significante verschillen kunnen bestaan tussen elke methode, werken alle 3D-printtechnieken op hetzelfde basisonde: additieve manufacturing technologieën bouwen werkstukken ofwel laag voor laag of door depositie langs een geprogrammeerd pad.

Gebaseerd op de methode voor het maken van lagen, valt 3D-printtechnologie hoofdzakelijk in zeven categorieën:

1. Metaalextrusie

Een mondstuk of andere opening dosert selectief materiaal. Na voltooiing van een laag beweegt het bouwplatform naar beneden of het extrusiekop naar boven, en de volgende laag wordt geëxtrudeerd en gehecht aan de vorige laag. Deze technologie houdt voornamelijk te maken met materialen zoals:

• Thermoplasten
• Eutectische metalen
• Keramiek
• Composieten
• Modeleringsklei
• Metaalgevulde klei
• Beton
• Voedsel
• Levende cellen

Deze technologie omvat twee subcategorieën: fused deposition modeling (FDM) of fused filament fabrication (FFF). De primaire leveranciers van deze technologie zijn Stratasys, Arbur, Aleph Objects, Beijing Tiertime, MarkerBot Industries en Ultimaker. Metaalextrusietechnologie vertegenwoordigt de grootste geïnstalleerde basis van AM-machines. Het proces werd gepioneerd door Stratasys.

2. Materiaaljetting

Eén of meer inkjet-printkoppen depositieren kleine druppels van het bouwmateriaal terwijl ze over het poederbed bewegen. Aangezien meerdere printkoppen gebruikt kunnen worden, kan elk verschillende materialen printen. Deze technologie kan ook een „direct-write” technologie adoptieren, waarbij nanopartikels printmaterialen geatomiseerd en gecombineerd worden met een inerte draggas in een aerosol, en vervolgens op een oppervlak worden voortgedreven.

Deze technologie werkt met materialen zoals:

• Fotopolymeren
• Was-achtige materialen
• Metalen/niet-metalen
• Leiders
• Dieléctrica

De primaire leveranciers zijn 3D Systems, Stratasys, Solidscape en Keyence. Deze technologie kan investeringsgietpatronen produceren.

3. Binder jetting

Binder jetting deposeert nauwkeurig een vloeibaar bindmiddel met behulp van inkjet-printkopdusen om poedermaterialen te verbinden. In tegenstelling tot materiaaljetting, is het materiaal dat door de duis wordt gedispenseerd, niet het rauwe bouwmateriaal, maar een vloeibaar bindmateriaal dat op een bed poeder wordt gedeponeerd om het poeder in de gewenste vorm te houden.

Deze technologie werkt met:

• Acrylpolymere
• Metaal
• Zand
• Keramiek

De primaire leveranciers van deze technologie zijn 3D Systems, ExOne Company, Voxeljet Technology GmbH, Microjet Technology, Digital Metal en HP. Deze methode kan gebruikt worden om zandpatronen voor het zandgietproces te bouwen.

4. Blattlaminatie

Bladlaminatie verbindt lagen van bladmateriaal om een ontwerp te realiseren. Bladmaterialen zijn ofwel papier behandeld met lijm dat een vast materiaal vormt vergelijkbaar met multiplex wanneer gelamineerd tot het volledig gevormde object, of metaalfolies en -banden die in plaats daarvan metaalonderdelen creëren. Bladlaminatie wordt ook Laminated Object Manufacturing (LOM) genoemd.

De primaire leveranciers van deze technologie zijn Helisys, Micro Technologies en Fabrisonic.

5. Vat fotopolymerisatie

Vloeibare fotopolymer in een vat wordt selectief uitgehard door lichtgeactiveerde polymerisatie. Deze technologie werkt alleen met fotopolymeren. Er zijn momenteel twee typen vat fotopolymerisatietechnologieën op de markt.

• Stereolithografie (SLA) gebruikt een ultraviolette laser en X-Y scanner spiegels gemonteerd op computer-gecontroleerde galvanometers om de bovenlaag van vloeibare fotopolymer in het vat uit te harden. Elk punt dat door de laser wordt geraakt, wordt uitgehard. SL was het onbetwiste leidende proces in de vroege jaren van AM.

• Vat polymerisatie is uitgebreid om ook digital light processing (DLP) te omvatten. In plaats van een laser als lichtbron voor uitharding, hebben DLP AM-printers een digitaal lichtprojectorscherm om de volledige laagafbeelding in één keer te projecteren en uit te harden.

De primaire leveranciers van deze technologie zijn 3D Systems, Envisiontec, DWS, Asiga en Rapid Shape, onder anderen.

6. Poederbedfusie

Thermische energie smelt selectief regio's van een poederbed. De thermische energie smelt het poedermateriaal, dat vervolgens na afkoeling in een vaste fase overgaat. De energiebron in deze technologie kan een laser of een elektronenbundel zijn.

Dit proces is ook bekend als:

• Laser sinteren
• Direct Metal Laser Sintering
• Selective Laser Sintering
• Electron Beam Melting
• Selective Laser Melting

De lasergebaseerde technologie produceert betere oppervlakteafwerkingen en fijner details dan elektronenbundel opstellingen. Elektronenbundels zijn duurder in de aanschaf, maar ze zijn ook sneller en produceren onderdelen met lagere niveaus van residuele spanning.

De meerderheid van metaal AM-systemen gebruikt het poederbedfusieproces. EOS is een welgevestigd metaal AM-proces met de grootste geïnstalleerde basis. Hoogenergie poederbedfusie (PBF) processen dreigen marktaandeel te nemen van de traditionele lost-wax gietindustrie ondanks de hoge kosten. PBF-processen kunnen complexe 3D-vormen produceren uit legeringen die bijna de metallurgische kwaliteiten van lost-wax gietstukken evenaren. SLM is de meest volwassen AM-methode en beheerst meer dan 70% van de metaalprintmarkt.

Deze technologie werkt met polymeren, metaal en zand. De primaire leveranciers zijn 3D Systems, EOS, Arcam, SLM Solutions, Realizer, Concept Laser, Aconity3D, Proto Labs en meer.

7. Gerichte energiedepositie

Thermische energie wordt gebruikt om materialen te smelten terwijl het materiaal wordt gedeponeerd. In de meeste gevallen is een laser de energiebron, en het materiaal is een type metaalpoeder. Een 4- of 5-as bewegingssysteem wordt gebruikt om de depositiekop te positioneren. Deze technologie werkt alleen met metaalmaterialen, maar meer dan één type metaalmateriaal kan tegelijkertijd gebruikt worden.

De primaire leveranciers van Directed Energy Deposition (DED) technologie zijn Optomec, POM Group, BeAM, Trumpf, RPM en Innovations. DED is ook bekend als Blown Powder AM en Laser Cladding. Dit is een geschikte methode voor het toevoegen van materiaal aan bestaande werkstukken, wat het optimaal maakt voor de reparatie of wijziging van onderdelen.

Up-to-date blijven met Impro

Bij Impro streven we ernaar om up-to-date te blijven met de nieuwste productietechnologieën en hoe ze onze klanten kunnen ten goede komen. Als u meer wilt weten over 3D-printen en hoe het zich verhoudt tot traditionellere productiemethoden, download dan onze gratis eBook.

Om meer te ontdekken over de toekomst van 3D-printen, blijf op de hoogte voor Deel 3 van onze driedelige serie over dit onderwerp, die zich zal richten op inspectie en testen. U kunt ook vandaag nog onze gratis eBook downloaden – „3D Printing vs. Conventional Manufacturing”!