Rutger Houweling
Rutger Houweling | LinkedIn 14 feb 2013

De belofte van 3D printen deel 9: De professionele machine (3/3)

3D printen is een van de meest innovatieve technologieën van dit moment. Je hoort en ziet er tegenwoordig veel over in de media. Maar wat is 3D printen nou eigenlijk en wat kun je er allemaal mee? Hans van Toor, mede-oprichter van 3Delft en Tailormadecreation.com, vertelt jullie in een aantal weken over de belofte van 3D printen. Iedere week zullen er aan de hand van diverse thema’s verschillende technieken en materialen wat betreft 3D printen worden toegelicht. Deze week: Het laatste deel van de professionele machine, 3D-printers voor metalen.

Mocht je de introductie, de historie de technologie en deel 1 en 2 van de machine gemist hebben lees dan hier deel 1, deel 2, deel 3, deel 4, deel 5, deel 6 en deel 7 van de rubriek ‘De belofte van 3D printen’.

Introductie

Door de unieke vormvrijheden van 3D-printen, en de mogelijkheid om in lage volumes te produceren is 3D-printen een bijzondere technologie. In combinate met de specifieke sterkte en stijfheid van metaal is de technologie zo een aantrekkelijk alternatief voor CNC-frezen, gieten of vonkverspanen. Zo wordt de techniek momenteel toegepast in; de aerospace voor gasturbine’s; automotive voor suspensie’s en de medische sector voor bijvoorbeeld implantaten of gereedschappen. Ook machinefabricanten printen inmiddels eindproducten, en er zijn speciale printers op de markt voor het fabriceren van sieraden.

Huidige beperkingen van metaal printen

Een van de grootste beperking bij het printen in metaal is de keuze in bouwmaterialen. Er zijn enkele duizenden thermoplasten, waarvan tientallen printbaar. Er zijn slechts een beperkt aantal metalen legeringen printbaar. Een aantal van legeringen zijn echter lastig met conventionele technieken te bewerken. Met 3D-printen is het mogelijk om deze materialen in near net-shape producten te fabriceren. Ook de betrouwbaarheid en snelheid van het printen gaan snel vooruit. Deze beperkingen lijken dan ook een kwestie van tijd en wegen in sommige sectoren al op tegen de voordelen.

Het ‘groeien’ van een lichtgewicht constructie

3D-printen in metaal

Er zijn momenteel drie technieken commercieel beschikbaar voor het direct printen in metaal. Al deze technieken zijn gebaseerd op poeder. Hierbij wordt telkens een laag poeder selectief uitgehard met diverse onderscheidende technieken. In de bouwkamer wordt een eigen atmosfeer gecreëerd om oxidatie tijdens het proces te voorkomen. Voor niet reactieve materialen wordt gewerkt in vacuum of stikstof, en voor reactieve materialen in een argon omgeving.

De twee meestgebruikte technologieën – Direct Metal Laser Sintering (DMLS) en Electron Beam Melting (EBM) en bijbehorende printers – worden in deze presentatie uitgebreidt vergeleken. Het grootste verschil tussen de twee is de energiebron, waarbij DMLS gebruikt maakt van een laser (licht) en EBM van electronen voor de uitharding. Bij DMLS wordt het licht met behulp van optische lenzen gefocust, en met spiegels afgebogen. Voor DMLS zijn momenteel meer materialen beschikbaar. De electronen worden met de eerste magneten gefocust, en met een tweede set magneten afgebogen. EBM biedt voordelen in minder complexiteit, efficiency en bouwsnelheid. Hier vind je een vergelijking die de verschillen tussen de twee systemen uitlicht.

Het printen van titanium fietsonderdelen

DMLS/SLM

Waar het aanbod op de SLS-markt beperkt is zijn er verschillende varianten van metaal sinteren. Meerdere licenties zorgen voor meer partijen op de markt. Daarnaast zorgen de eigenschappen van metaal ervoor dat de investering in ontwikkeling van de technologie aantrekkelijker is.

Concept Laser biedt de M1 & M3 printers aan onder de naam Laser Cusing. Bijzonder aan deze printers is dat zij de bouwkamer niet verhitten, maar het metaal volledig door middel van de laser verhitten. Dit zorgt voor betere mechanische eigenschappen van het eindproduct, gelijk aan alternatieven als CNC frezen. Ook kunnen de printers van Concept Laser graveren. Renishaw biedt – na overname van MTT Technologies – 3D-printers aan onder de naam Selective Laser Melting, vergelijkbaar met DMLS.

Concept Laser – Laser Cusing

De EOSINT M270 – voor details zie deze vergelijking – is momenteel de meestverkochte printer op de markt. De machine kost los €430.000,- en inclusief volledige installatie en bijbehorende apparatuur €650.000,-. Een groot voordeel van de machine is dat de machine snel wisselt tussen verschillende bouwopdrachten, en dat de mogelijkheid bestaat om op bestaande modellen te printen. Nadeel blijft dat – door gebruik van een laser – de bouwsnelheid beperkt is, en dat er restspanning in het materiaal overblijft. Nabewerking is hierdoor vereist, en verlengt de bouwsnelheid indirect nog meer. De variable kosten voor gebruik – gas, bouwmateriaal en nabewerking – liggen hoger voor DMLS dan voor EBM. EOS heeft recent de M280 op de markt gebracht met een krachtigere laser – waarmee de restspanning beperkt wordt – en een groter bouwvolume.

EOSINT M270

EOS biedt – in samenwerking met Cookson Precious Metals – een 3D printer specifiek voor de sieraden en horloge industrie aan, de Precious M080. De printer is specifiek ontworpen voor het printen in goud (18k) en heeft een bouwvolume van 80 x 80 x 100mm.

3D Systems biedt systemen aan onder de naam Selective Laser Melting. Door beperkingen op het gebied van medische regelgeving in de VS is de afname van het SLM systeem helaas beperkt gebleven in vergelijking met Arcam en EOS.

Printen in 18k-goud

EBM

Het Zweedse Arcam is in 1997 begonnen met de ontwikkeling van hun Electron Beam Melting technologie (EBM). Vijf jaar later brachten zij het eerste systeem op de markt, en inmiddels hebben zij meer dan zestig machines verkocht. Momenteel is de beperkte beschikbaarheid van bouwmaterialen een belemmering, maar de kracht van de laser biedt grote voordelen in restspanning en bouwsnelheid. Door gebruik te maken van magneten voor focus en richting van de straal worden de installatie en onderhouds kosten verlaagd.

De Arcam A1 – voor kleindere onderdelen, als medische implantaten – en de A2 voor grotere onderdelen als bijvoorbeeld de aerospace industrie – zijn momenteel de twee beschikbare printers van Arcam.

Arcam’s EBM technologie

Direct Part Materialization

De techniek Direct Part Materialization – beschreven in deel 4 – wordt commercieel aangeboden door Ex One. De printtechniek vereist enige nabewerking van het model. Na het printen wordt het model gesinterd en vervolgens geimpregneerd met brons om volledige dichtheid te bereiken. Toch onderscheid de machine zich met een bijzonder snelle printsnelheid. De M-print is de grootste beschikbare metaalprinter, met een bijzonder groot bouwvolume van 760 x 390 x 400mm. Een volledig bouwvolume printen duurt zo’n dertien uur. Beschikbare bouwmaterialen zijn RVS, brons en wolfraam.

Ex One – Direct Part Materialization

De volgende keer sluiten wij (helaas) af met het allerlaatste deel van de rubriek ‘De belofte van 3D-printen’. In dit laatste deel wordt teruggeblikt op de rubriek en vooruitgeblikt op wat deze bijzondere technologie ons in de toekomst zal brengen.

Reageer op artikel:
De belofte van 3D printen deel 9: De professionele machine (3/3)
Sluiten