3D-Printtechnologieën Verkennen: SLA, SLS, FDM, DLP, MJF, PolyJet, DMLS & Meer

De term 3D-printen omvat verschillende productietechnologieën die onderdelen laag voor laag bouwen. Elk verschilt in de manier waarop ze kunststof- en metalen onderdelen vormen en kan verschillen in materiaalkeuze, oppervlakteafwerking, duurzaamheid, en productiesnelheid en -kosten.

Er zijn verschillende typen 3D-printen, waaronder:

• Stereolithografie (SLA)
• Selectieve Lasersintering (SLS)
• Fused Deposition Modeling (FDM)
• Digital Light Processing (DLP)
• Multi Jet Fusion (MJF)
• PolyJet
• Direct Metal Laser Sintering (DMLS)
• Electron Beam Melting (EBM)

Het selecteren van het juiste 3D-printproces voor uw toepassing vereist begrip van de sterktes en zwaktes van elk proces en het afstemmen van die attributen op uw productontwikkelbehoeften. Laten we eerst bespreken hoe 3D-printen past binnen de productontwikkelcyclus en vervolgens kijken naar veelvoorkomende typen 3D-printtechnologieën en de voordelen van elk.

3D-Printen voor Snel Prototypen en Meer

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

Ondanks dat 3D-printen bijna synoniem is met snel prototypen, zijn er scenario's waarin het een haalbaar productieproces is. Typisch betreffen deze toepassingen lage volumes en complexe geometrieën. Vaak zijn componenten voor luchtvaart- en medische toepassingen ideale kandidaten voor productie 3D-printen, aangezien ze vaak aan de eerder beschreven criteria voldoen.

Vijf 3D-Print Overwegingen

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

1. Budget
2. Mechanische eisen
3. Cosmetische uitstraling
4. Materiaalkeuze
5. Geometrie

Polymere 3D-Printprocessen

Laten we enkele veelvoorkomende kunststof 3D-printprocessen uitleggen en bespreken wanneer elk de meeste waarde biedt aan productontwikkelaars, ingenieurs en ontwerpers.

Stereolithografie (SLA)

Stereolithografie (SLA) is het oorspronkelijke industriële 3D-printproces. SLA-printers blinken uit in het produceren van onderdelen met hoge detailniveaus, gladde oppervlakteafwerkingen en strakke toleranties. De kwalitatieve oppervlakteafwerkingen op SLA-onderdelen zien er niet alleen mooi uit, maar kunnen helpen bij de functie van het onderdeel - bijvoorbeeld het testen van de pasvorm van een montage. Het wordt veel gebruikt in de medische industrie en veelvoorkomende toepassingen omvatten anatomische modellen en microvloeistoftechniek. We gebruiken Vipers, ProJets en iPros 3D-printers gefabriceerd door 3D Systems voor SLA-onderdelen.

Selectieve Lasersintering (SLS)

Selectieve lasersintering (SLS) smelt nylon-gebaseerde poeders samen tot vast plastic. Omdat SLS-onderdelen gemaakt worden van echt thermoplastisch materiaal, zijn ze duurzaam, geschikt voor functionele tests en kunnen ze filmscharnieren en klikverbindingen ondersteunen. In vergelijking met SLA zijn onderdelen sterker, maar hebben ze ruwere oppervlakteafwerkingen. SLS vereist geen ondersteuningsstructuren, zodat het hele bouwplatform kan worden benut om meerdere onderdelen in een enkele build te nesten - wat het geschikt maakt voor hogere aantallen onderdelen dan andere 3D-printprocessen. Veel SLS-onderdelen worden gebruikt om ontwerpen te prototypen die ooit injecteergegoten zullen worden. Voor onze SLS-printers gebruiken we sPro140-machines ontwikkeld door 3D Systems.

PolyJet

PolyJet is een ander kunststof 3D-printproces, maar met een twist. Het kan onderdelen fabriceren met meerdere eigenschappen zoals kleuren en materialen. Ontwerpers kunnen de technologie benutten voor het prototypen van elastomere of overgietende onderdelen. Als uw ontwerp een enkel, rigide kunststof is, raden we aan om bij SLA of SLS te blijven - het is economischer. Maar als u een overgieting of silicone rubber ontwerp prototypet, kan PolyJet u besparen van de noodzaak om vroeg in de ontwikkelcyclus in gereedschap te investeren. Dit kan helpen sneller te itereren en uw ontwerp te valideren en geld te besparen.

Digital Light Processing (DLP)

Digital light processing is vergelijkbaar met SLA in het sens dat het vloeibare hars uithardt met licht. Het primaire verschil tussen de twee technologieën is dat DLP een digitale lichtprojectorscherm gebruikt, terwijl SLA een UV-laser gebruikt. Dit betekent dat DLP 3D-printers een hele laag van de build in één keer kunnen imagineren, wat resulteert in snellere bouwsnelheden. Hoewel vaak gebruikt voor snel prototypen, maakt de hogere doorvoer van DLP-printen het geschikt voor lage-volume productieruns van kunststofonderdelen.

Multi Jet Fusion (MJF)

Vergelijkbaar met SLS bouwt Multi Jet Fusion ook functionele onderdelen van nylonpoeder. In plaats van een laser om het poeder te sinteren, gebruikt MJF een inktjet-array om smeltagenten aan te brengen op het bed nylonpoeder. Vervolgens passeert een verwarmingselement over het bed om elke laag te smelten. Dit resulteert in meer consistente mechanische eigenschappen vergeleken met SLS alsook 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 veelvoorkomende desktop 3D-printtechnologie voor kunststofonderdelen. Een FDM-printer functioneert door een kunststoffilament laag voor laag op het bouwplatform te extruderen. Het is een kosteneffectieve en snelle methode voor het produceren van fysieke modellen. Er zijn enkele gevallen waarin FDM gebruikt kan worden voor functionele tests, maar de technologie is beperkt door onderdelen met relatief ruwe oppervlakteafwerkingen en gebrek aan sterkte.

Metaal 3D-Printprocessen

Direct Metal Laser Sintering (DMLS)

Metaal 3D-printen opent nieuwe mogelijkheden voor metaalonderdeelsontwerp. Het proces dat we bij Protolabs gebruiken om metaalonderdelen te 3D-printen is direct metal laser sintering (DMLS). Het wordt vaak gebruikt om metaal, multi-onderdeelmontages te reduceren tot een enkel component of lichte onderdelen met interne kanalen of uitgeholde kenmerken. DMLS is haalbaar voor zowel prototyping als productie, aangezien onderdelen even dicht zijn als die geproduceerd met traditionele metaalproductiemethoden zoals frezen of gieten. Het creëren van metaalcomponenten met complexe geometrieën maakt het ook geschikt voor medische toepassingen waar een onderdeelontwerp een organische structuur moet nabootsen.

Electron Beam Melting (EBM)

Electron beam melting is een andere metaal 3D-printtechnologie die een elektronenbundel gebruikt die gecontroleerd wordt door elektromagnetische spoelen om het metaalpoeder te smelten. Het printbed wordt opgewarmd en bevindt zich in vacuümomstandigheden tijdens de build. De temperatuur waartoe het materiaal wordt opgewarmd, wordt bepaald door het gebruikte materiaal.

Wanneer 3D-Printen Gebruiken

Zoals eerder aangegeven, zijn er een paar gemeenschappelijke noemers onder 3D-printtoepassingen. Als uw onderdeelaantallen relatief laag zijn, kan 3D-printen optimaal zijn - de richtlijn die we onze 3D-printdienstklanten geven is meestal 1 tot 50 onderdelen. Naarmate volumes de honderden benaderen, is het de moeite waard om andere productieprocessen te verkennen. Als uw ontwerp complexe geometrieën bevat die cruciaal zijn voor de functie van uw onderdeel, zoals een aluminiumcomponent met een interne koelkanaal, kan 3D-printen uw enige optie zijn.

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 fasen wanneer ideeën worden uitgewisseld en u alleen een model nodig hebt om met een collega te delen, zijn die trapoppervlakteafwerkingen op uw onderdeel niet van groot belang. Maar zodra u het punt bereikt dat u gebruikers tests moet uitvoeren, beginnen factoren als cosmetica en duurzaamheid te tellen. Hoewel er geen one-size-fits-all oplossing is, zal het correct benutten van 3D-printtechnologie gedurende de productontwikkeling ontwerprisico's verminderen en uiteindelijk resulteren in betere producten.