Soorten 3D-printtechnologie

De term 3D-printen omvat verschillende productietechnologieën die onderdelen laag voor laag bouwen. Ze variëren allemaal in de manier waarop ze plastic en metalen onderdelen vormen en kunnen verschillen in materiaalkeuze, oppervlakteafwerking, duurzaamheid en productiesnelheid en -kosten.

Er zijn verschillende soorten 3D-printen, waaronder:

• Stereolithografie (SLA)
• Selectief lasersinteren (SLS)
• Fused Deposition Modeling (FDM)
• Digitaal lichtproces (DLP)
• Multi Jet Fusion (MJF)
• PolyJet
• Direct Metal Laser Sintering (DMLS)
• Het smelten van elektronenbundels (EBM)

Het selecteren van het juiste 3D-printproces voor uw toepassing vereist inzicht in de sterke en zwakke punten van elk proces en het in kaart brengen van deze kenmerken voor uw productontwikkelingsbehoeften. Laten we eerst bespreken hoe 3D-printen past binnen de productontwikkelingscyclus en vervolgens kijken naar veelvoorkomende typen 3D-printtechnologieën en de voordelen van elk.

3D-printen voor Rapid Prototyping en meer

Het is veilig om te zeggen dat 3D-printen het meest wordt gebruikt voor prototyping. Het vermogen om snel een enkel onderdeel te produceren, stelt productontwikkelaars in staat om op een kosteneffectieve manier ideeën te valideren en te delen. Het bepalen van het doel van uw prototype zal bepalen welke 3D-printtechnologie het meest voordelig zal zijn. Additieve fabricage kan geschikt zijn voor een reeks prototypen, variërend van eenvoudige fysieke modellen tot onderdelen die worden gebruikt voor functionele tests.

SLA-technologie vormt plastic onderdelen door een vloeibare thermohardende hars uit te harden met een UV-laser. Terwijl onderdelen worden gebouwd, hebben ze ondersteunende structuren nodig die worden verwijderd zodra de build is voltooid.

Ondanks dat 3D-printen bijna synoniem is met rapid prototyping, zijn er scenario's waarin het een levensvatbaar productieproces is. Meestal gaat het bij deze toepassingen om kleine volumes en complexe geometrieën. Componenten voor ruimtevaart- en medische toepassingen zijn vaak ideale kandidaten voor 3D-productieprinten, omdat ze vaak voldoen aan de eerder beschreven criteria.

Vijf overwegingen bij 3D-printen

Zoals de meeste dingen in het leven, is er zelden een eenvoudig antwoord bij het selecteren van een 3D-printproces. Wanneer we klanten helpen bij het evalueren van hun 3D-printopties, wijzen we doorgaans op vijf belangrijke criteria om te bepalen welke technologie aan hun behoeften zal voldoen:

1. Budget
2. Mechanische vereisten
3. Cosmetisch uiterlijk
4. Materiaalkeuze
5. Geometrie

Zodra een SLS-constructie is voltooid, verwijdert de technicus het onderdeel uit het poederbed, borstelt overtollig materiaal weg en dan schiet de kraal het onderdeel kapot.

Polymeer 3D-printprocessen

Laten we een aantal veelgebruikte 3D-printprocessen voor plastic schetsen en bespreken wanneer elk proces de meeste waarde biedt voor productontwikkelaars, ingenieurs en ontwerpers.

Stereolithografie (SLA)

Stereolithografie (SLA) is het oorspronkelijke industriële 3D-printproces. SLA-printers blinken uit in het produceren van onderdelen met een hoog detailniveau, gladde oppervlakteafwerkingen en nauwe toleranties. De hoogwaardige oppervlakteafwerkingen op SLA-onderdelen zien er niet alleen mooi uit, maar kunnen ook helpen bij het functioneren van het onderdeel, bijvoorbeeld bij het testen van de pasvorm van een assemblage. Het wordt veel gebruikt in de medische industrie en veelgebruikte toepassingen zijn anatomische modellen en microfluïdica. We gebruiken Vipers, ProJets en iPros 3D-printers van 3D Systems voor SLA-onderdelen.

Selectief lasersinteren (SLS)

Selectief lasersinteren  (SLS) smelt poeders op nylonbasis samen tot stevig plastic. Omdat SLS-onderdelen zijn gemaakt van echt thermoplastisch materiaal, zijn ze duurzaam, geschikt voor functionele tests en kunnen ze levende scharnieren en klikverbindingen ondersteunen. In vergelijking met SL zijn onderdelen sterker, maar hebben ze een ruwere oppervlakteafwerking. SLS vereist geen ondersteuningsstructuren, dus het hele build-platform kan worden gebruikt om meerdere onderdelen in één build te nesten, waardoor het geschikt is voor grotere aantallen dan bij andere 3D-printprocessen. Veel SLS-onderdelen worden gebruikt om prototypes te maken van ontwerpen die ooit door spuitgieten zullen worden geproduceerd. Voor onze SLS-printers gebruiken we sPro140-machines die zijn ontwikkeld door 3D-systemen.

PolyJet

PolyJet is een ander plastic 3D-printproces, maar er is een wending. Het kan onderdelen fabriceren met meerdere eigenschappen, zoals kleuren en materialen. Ontwerpers kunnen de technologie gebruiken voor het maken van prototypen van elastomere of gegoten onderdelen. Als je ontwerp uit één stuk hard plastic bestaat, raden we aan om bij SL of SLS te blijven - dat is zuiniger. Maar als u een prototype maakt van een overmolding- of siliconenrubberontwerp, kan PolyJet u behoeden voor de noodzaak om vroeg in de ontwikkelingscyclus in gereedschap te investeren. Hierdoor kunt u uw ontwerp sneller herhalen en valideren en geld besparen.

Digitale lichtverwerking (DLP)

Digitale lichtverwerking is vergelijkbaar met SLA in die zin dat het vloeibare hars uithardt met behulp van licht. Het belangrijkste verschil tussen de twee technologieën is dat DLP een digitaal lichtprojectorscherm gebruikt, terwijl SLA een UV-laser gebruikt. Dit betekent dat DLP 3D-printers een hele laag van de build in één keer kunnen afbeelden, wat resulteert in snellere build-snelheden. Hoewel het vaak wordt gebruikt voor rapid prototyping, maakt de hogere doorvoer van DLP-printen het geschikt voor kleine productieruns van plastic onderdelen.

Protolabs gebruikt de Mlab- en M2-machines van Concept Laser voor metalen, 3D-geprinte onderdelen.

Multi Jet Fusion (MJF)

Net als bij SLS bouwt Multi Jet Fusion ook functionele onderdelen van nylonpoeder. In plaats van een laser te gebruiken om het poeder te sinteren, gebruikt MJF een inkjet-array om smeltmiddelen op het bed van nylonpoeder aan te brengen. Vervolgens gaat een verwarmingselement over het bed om elke laag te versmelten. Dit resulteert in meer consistente mechanische eigenschappen in vergelijking met SLS en een verbeterde oppervlakteafwerking. Een ander voordeel van het MJF-proces is de versnelde bouwtijd, wat leidt tot lagere productiekosten.

Fused Deposition Modeling (FDM)

Fused Deposition Modeling (FDM) is een veelgebruikte desktop 3D-printtechnologie voor plastic onderdelen. Een FDM-printer functioneert door een plastic filament laag voor laag op het bouwplatform te extruderen. Het is een kosteneffectieve en snelle methode om fysieke modellen te maken. Er zijn enkele gevallen waarin FDM kan worden gebruikt voor functionele tests, maar de technologie is beperkt vanwege onderdelen met een relatief ruwe oppervlakteafwerking en gebrek aan sterkte.

Metal 3D-printprocessen

Direct Metal Laser Sintering (DMLS)

Metaal 3D-printen opent nieuwe mogelijkheden voor het ontwerpen van metalen onderdelen. Het proces dat we bij Protolabs gebruiken om metalen onderdelen in 3D te printen, is direct metal laser sintering (DMLS). Het wordt vaak gebruikt om metalen, meerdelige assemblages terug te brengen tot een enkele component of lichtgewicht onderdelen met interne kanalen of uitgeholde kenmerken. DMLS is levensvatbaar voor zowel prototyping als productie, aangezien onderdelen even compact zijn als die geproduceerd met traditionele metaalproductiemethoden zoals machinale bewerking of gieten. Het maken van metalen componenten met complexe geometrieën maakt het ook geschikt voor medische toepassingen waarbij het ontwerp van een onderdeel een organische structuur moet nabootsen.

Het smelten van elektronenbundels (EBM)

Het smelten van elektronenbundels is een andere 3D-printtechnologie voor metaal die een elektronenbundel gebruikt die wordt bestuurd door elektromagnetische spoelen om het metaalpoeder te smelten. Het printbed wordt tijdens het bouwen opgewarmd en in vacuümcondities gehouden. De temperatuur waarop het materiaal wordt verhit, wordt bepaald door het gebruikte materiaal.

Wanneer 3D-printen gebruiken

Zoals eerder vermeld, zijn er een paar gemene delers tussen 3D-printtoepassingen. Als uw onderdeelhoeveelheden relatief laag zijn, kan 3D-printen optimaal zijn - de richtlijn die we onze klanten van de 3D-printservice geven, is meestal 1 tot 50 onderdelen. Nu de volumes in de buurt van de honderden komen, is het de moeite waard om andere productieprocessen te verkennen. Als uw ontwerp een complexe geometrie heeft die cruciaal is voor de functie van uw onderdeel, zoals een aluminium component met een intern koelkanaal, is 3D-printen wellicht uw enige optie.

Het selecteren van het juiste proces komt neer op het afstemmen van de voordelen en beperkingen van elke technologie op de belangrijkste vereisten van uw toepassing. In de vroege stadia, wanneer ideeën in het rond worden gegooid en je alleen maar een model nodig hebt om met een collega te delen, zijn die traptredende oppervlakteafwerkingen van jouw kant niet zo belangrijk. Maar zodra u het punt bereikt waarop u gebruikerstests moet uitvoeren, beginnen factoren als cosmetica en duurzaamheid er toe te doen. Hoewel er geen pasklare oplossing is, zal een correct gebruik van 3D-printtechnologie tijdens de productontwikkeling ontwerprisico's verminderen en uiteindelijk resulteren in betere producten.