211service.com
Kan deze machine 3D-printen in de grote productiesectoren duwen?
De uitvinder van een nieuw soort 3D-printer zegt dat zijn onderzoeksgroep binnen twee jaar een enorme machine zal bouwen die in staat is om competitief geprijsde plastic onderdelen in massa te produceren.
Een grotere versie van deze snelle sintermachine is nu in de maak.
Laag voor laag plastic onderdelen maken volgens digitale instructies is een zeer langzaam proces in vergelijking met conventionele methoden. Dat is de reden waarom additive manufacturing – of 3D-printen, zoals het in de volksmond wordt genoemd – tot nu toe alleen economisch was voor het maken van kleine batches nicheproducten zoals tandheelkundige implantaten en hoortoestelschelpen. De nieuwe techniek zou het aantal onderdelen dat op deze manier economisch kan worden gemaakt kunnen vergroten van duizenden tot miljoenen tegelijk, althans voor kleine, gecompliceerde objecten.
Vergeleken met conventionele technologieën zoals spuitgieten, kan additieve fabricage het materiaalgebruik aanzienlijk verminderen en de dure bewerkingsmachines die nodig zijn om bepaalde gecompliceerde vormen te maken, elimineren. Het maakt het ook praktischer om unieke architecturen te ontwerpen voor onderdelen die bijvoorbeeld auto's en vliegtuigen lichter en zuiniger kunnen maken (zie 10 Breakthrough Technologies 2013: Additive Manufacturing).
Neil Hopkinson , een professor in werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Sheffield in het Verenigd Koninkrijk, ontwikkelt al meer dan tien jaar de nieuwe methode, high-speed sinteren genaamd.
Lasersintermachines bouwen objecten met behulp van een enkelpuntslaser om dunne lagen poedervormig polymeer één voor één te smelten en samen te smelten. Hopkinson verving het lasersysteem, dat zowel duur als langzaam is, door een infraroodlamp en een inkjetprintkop. De printkop levert snel en nauwkeurig patronen van stralingsabsorberend materiaal aan het poederbed. Door het poeder vervolgens bloot te stellen aan infrarood licht, smelt het poeder en smelt het tot patronen, en de machine creëert dunne lagen, één voor één, vergelijkbaar met de manier waarop lasersinteren werkt, maar veel sneller.
De groep van Hopkinson heeft al laten zien dat de methode op relatief kleine schaal werkt. Ze hebben ook berekend dat, gegeven een voldoende groot bouwoppervlak, sinteren met hoge snelheid in de orde van 100 keer sneller is dan het lasersinteren van bepaalde soorten onderdelen, en dat het kostenconcurrerend kan zijn met spuitgieten voor het maken van miljoenen kleine, complexe onderdelen tegelijk, zegt Hopkinson. Nu gaat de groep de machine daadwerkelijk bouwen, met financiering van de Britse overheid en enkele industriële partners.
Sinteren op hoge snelheid heeft het potentieel om zeer snel te zijn, en het proces zou in bepaalde gevallen veel goedkoper kunnen zijn dan lasersinteren, zegt Phil Reeves , de vice-president van strategisch advies voor Stratasys, een toonaangevende maker van vele soorten machines en materialen voor additieve productie. Er is echter nog veel werk nodig om materialen te ontwikkelen die met het proces kunnen werken als het doel is om te concurreren met spuitgieten, zegt hij. Afgaand op wat Hopkinson openbaar heeft gemaakt, is het bereik van polymeren die werken met sinteren op hoge snelheid beperkt in vergelijking met dat van spuitgieten, zegt Reeves, en veel industriële polymeren zijn mogelijk niet compatibel met het proces, omdat het afhankelijk is van het combineren van het poeder met een extra, lichtabsorberend materiaal.
Een andere potentiële uitdaging voor de commercialisering van de technologie van Hopkinson, zegt Reeves, is dat Hewlett-Packard een zeer vergelijkbare technologie ontwikkelt. Hoewel er weinig details bekend zijn over het systeem van HP, genaamd Multi Jet Fusion , het is duidelijk dat het ook een inkjetprintkop gebruikt die zowel een stralingsabsorberend materiaal kan leveren als een ander materiaal dat het een detailleringsmiddel noemt.
Voor wat het waard is, is het snelle sinteren van Hopkinson gepatenteerd en het intellectuele eigendom is eigendom van de vorige instelling van Hopkinson, Loughborough University, die de technologie in licentie heeft gegeven aan verschillende entiteiten, waaronder het Duitse 3D-printbedrijf Voxeljet . Hopkinson zegt dat de machine die zijn groep nu aan het bouwen is, in staat zal zijn extra materialen te leveren, zoals geleidende inkten die worden gebruikt om elektronische apparaten te printen, wat een grote technische uitdaging blijft voor additive manufacturing. Ik geloof niet dat HP dit van plan is, zegt hij.