3D-printen (deel 1)

Deel één:grondstoffen

Hoewel additieve productie - beter bekend als 3D-printen - al bijna 40 jaar bestaat, voelt het voor velen nog steeds alsof de technologie nog in de kinderschoenen staat. De 3D-printtechnologie is de afgelopen 10 jaar meer geëvolueerd dan in de drie decennia daarvoor, waardoor ze meer dan ooit levensvatbaar is voor prototyping en kleine oplagen. Deze ontwikkelingen hebben additieve productie stevig in de publieke belangstelling geplaatst terwijl fabrikanten de nieuwste innovaties onderzoeken en hoe ze productieprocessen kunnen versnellen.

Volgens onderzoek van MarketsandMarkets zal de markt voor 3D-printmaterialen naar schatting groeien van 530,1 miljoen dollar in 2016 tot meer dan 1,4 miljard dollar in 2021. Deze groei is grotendeels toe te schrijven aan een uitbreiding van de mogelijkheden van materialen die worden gebruikt om objecten te printen. Terwijl 3D-printers oorspronkelijk een beperkte selectie van kunststoffen gebruikten, kunnen nieuwere machines met een veel breder scala aan materialen printen.

Uitdagingen voor de markt voor 3D-printmateriaal

Het materiaal dat bij 3D-printen wordt gebruikt, bepaalt de efficiëntie van het printproces en de kwaliteit van het eindproduct. Ondanks de snelle groei van additive manufacturing moet de technologie echter tal van uitdagingen overwinnen voordat het een levensvatbaar alternatief kan worden voor traditionele productie- en bewerkingsmethoden. Veel van deze uitdagingen houden rechtstreeks verband met grondstoffen, waaronder:

• Grondstofkosten

3D-printen profiteert niet van de schaalvoordelen die andere productietechnologieën bieden. Additive manufacturing is nog relatief traag en wordt voornamelijk gebruikt voor prototypes of zeer kleine productieruns, waardoor er geen grote bulkmateriaalkortingen zijn.

• Beperkt materiaalbereik

Hoewel de soorten beschikbare materialen voor 3D-printprojecten het afgelopen decennium enorm zijn uitgebreid, is de selectie nog steeds vrij beperkt. Momenteel is de materiaalkeuze onderhevig aan de beperkingen van de 3D-printtechnologie en eventuele beperkingen die het ontwerp met zich meebrengt.

• Beschikbaarheid van grondstoffen

Grondstoffen voor additieve fabricage kunnen nog steeds moeilijk te vinden zijn, vooral wanneer het ontwerp zeldzamere stoffen vereist, zoals metalen of keramiek.

Deze problemen moeten in de nabije toekomst worden aangepakt, aangezien de bovengenoemde marktgroei plaatsvindt. Naarmate 3D-printen een meer gebruikelijke methode wordt voor fabrikanten, zullen de materiaalprijzen exponentieel dalen, zullen de opties uitbreiden en zullen alle materiaalsoorten gemakkelijker beschikbaar zijn.

Belanghebbenden op de markt van 3D-printmateriaal

Succesvolle groei in additive manufacturing zal grotendeels afhangen van de samenwerking tussen de verschillende partijen die bijdragen aan de toeleveringsketen van grondstoffen. Primaire belanghebbenden zijn onder meer:

• Materiaalleveranciers
• Printerfabrikanten
• Drukservicebureaus
• Eindgebruikers

Aangezien elk van deze deelnemers nieuwe innovaties op de markt brengt, zal de technologie zich blijven ontwikkelen. Door samenwerking tussen elke schakel van de toeleveringsketen kunnen belanghebbenden de richting van de technologie en de groei ervan sturen.

Soorten 3D-afdrukmaterialen

3D-printmaterialen komen meestal in filamenten, poeders of vloeistoffen. De gebruikte typen omvatten vier hoofdcategorieën:

• Kunststoffen
  • Fotopolymeren – epoxy's en hybriden, acrylaten, polyamide, nitrilrubber
  • Plastic poeder – PA, TPU, PEEK, PP, PS
  • Plastic filamenten - ABS, PLA, PC en mengsels, nylon, polyethyleentereftalaat, thermoplastisch polyurethaan

• Keramiek
  • Keramische poeder

• Metalen
  • Aluminium en legeringen
  • Roestvrij staal
  • Inconel, kobaltchroom, nikkellegeringen
  • Titanium en legeringen
  • Overig

• Overig
  • Zand met bindmiddel
  • Lichtgevoelige harsen

Fotopolymeren

Fotopolymeerharsen nemen het grootste aandeel in de wereldwijde markt voor additieve productiematerialen voor hun rekening en zullen naar verwachting haar marktaandeel in de nabije toekomst uitbreiden. Fotopolymeren zijn vloeibare harsen die worden gebruikt in Polyjet en Stereolithography 3D-printers en worden gehard en uitgehard door middel van een polymerisatieproces met behulp van UV-stralen om plastic onderdelen en prototypes te vormen. Fotopolymeren bevatten over het algemeen verschillende hoofdcomponenten, waaronder bindmiddelen, monomeren en foto-initiatoren. Foto-initiatoren zijn de belangrijkste componenten van een fotopolymeer en zetten lichtenergie om in chemische energie. Fotopolymeren worden geprint om delen van medische, militaire en elektronische toepassingen te maken.

Plastic Poeders

Plastic poeders zijn een ander type 3D-printmateriaal dat een aanzienlijk marktaandeel verovert. Kunststofpoeders zoals polyamide, polyetheretherketon (PEEK) en thermoplastisch polyurethaan (TPU) worden geselecteerd voor gewichtsvermindering in voertuigen om het brandstofverbruik en de uitstoot te verminderen.

De primaire processen voor het printen van onderdelen met plastic poeders omvatten depositiemodellering en lasersinteren in het algemeen hebben een korte doorlooptijd en zijn relatief kosteneffectief. Dit stimuleert de vraag naar plastic poeders, met name voor prototypetoepassingen.

Polyamide zal waarschijnlijk het meest gebruikte materiaal voor prototyping-toepassingen blijven vanwege de redelijke prijzen, gemakkelijk te verwerken en superieure afwerking. Polyamide is een van de meest populaire 3D-printmaterialen die worden gebruikt door professionele 3D-printbedrijven.

TPU is geschikt voor het vervaardigen van onderdelen die een hoge elasticiteit, thermische en slijtvastheid en een hoge afschuifsterkte vereisen. PEEK is een semikristallijne thermoplast met uitstekende mechanische en chemische weerstandseigenschappen die behouden blijven bij hoge temperaturen.; vanwege de hoge prijs is PEEK echter beperkt in gebruik voor de meest veeleisende toepassingen.

Plastic filamenten

Plastic filamenten zijn de thermoplastische grondstof voor fused deposition modeling 3D-printers. Kunststof filamenten bieden uitzonderlijke sterkte aan onderdelen en zijn gemakkelijk te vormen. Onder een groot aantal materiaalopties zijn ABS en PLA verreweg de meest voorkomende filamentmaterialen. Waterbestendigheid en taaiheid zijn de gunstige eigenschappen van ABS, waardoor het een ideaal materiaal is om functionele onderdelen te printen. PLA is gemakkelijk te printen en biologisch afbreekbaar, een populaire materiaaloptie om consumentenonderdelen te printen. Een van de duurste materialen, was of Moldlay is een materiaal om investeringsgietpatronen af ​​te drukken. Het kan tijdens het bakken van de schelp wegsmelten.

Metalen

Metalen worden meestal gebruikt om gereedschaps- en prototypeonderdelen af ​​te drukken. Staal wordt veel gebruikt in de automobiel-, industrie-, voedselverwerkings- en medische toepassingen vanwege de goede sterkte en duurzaamheid. Staal is ook de meest economische van de alternatieven. Roestvast staal zoals 316L en 17-4PH en maraging-staallegeringen zijn veelvoorkomende materialen in deze categorie.

Andere metalen voor 3D-processen zijn aluminium, hoogwaardige, niet-stalen materialen zoals titanium, Inconel en andere zeer sterke legeringen. De meest voorkomende materialen in dit segment zijn:

• Aluminium legeringen
• Kobalt-chroomlegeringen
• Op nikkel gebaseerde legeringen
• Titaniumlegeringen

De evolutie van additieve productie

Marktvoorspellingen kunnen ons een idee geven van wat de toekomst in petto heeft voor 3D-printen, maar de beste manier om op de hoogte te blijven van trends in additive manufacturing is door een belanghebbende in de technologie te worden. Bij Impro bieden we een scala aan productiediensten, waaronder zandgieten, investeringsgieten en precisiebewerking, en we zijn erop gericht ons te profileren als een enthousiaste speler in additive manufacturing.

Als u meer wilt weten over de toekomst van 3D-printen, kunt u ons volgen voor deel 2 van onze driedelige serie over dit onderwerp, waarin de nadruk zal liggen op de technologie zelf. U kunt vandaag ook ons ​​gratis eBoek - '3D-printen versus conventionele productie'- downloaden!