3D-metaalprinten als serieus alternatief voor traditionele methodes

13 maart 2018

In augustus 2017 heeft Layertec een overeenkomst gesloten met het Amerikaanse bedrijf Desktop Metal, waarmee het de enige leverancier is geworden van Desktop Metal-producten in de Benelux. Arnaud Kooij, directeur van Layertec, ziet dit als een belangrijke stap voor zijn bedrijf, omdat hij denkt dat de technologie van Desktop Metal een belangrijke doorbraak kan zijn op het gebied van 3D-metaalprinten.

 

Door Lambert-Jan Koops

Layertec is al enige tijd actief op het gebied van 3D-printen en was tot dusver distributeur van de FDM-printers van Makerbot en de SLA-machines van Formlabs. Printers die steeds vaker gebruikt worden in het productieproces, zo merkt Kooij op: “We zien bij 3D-printers duidelijk een verschuiving van het printen van zichtmodellen naar het printen van productiemodellen door eindgebruikers. Er komen ook steeds meer en betere mogelijkheden voor, zoals bijvoorbeeld Formcell van Formlabs. Dat is een productieset die bestaat uit vijf Form2-printers die worden aangestuurd door een robotarm. Dat is een behoorlijke automatiseringsverbetering, want een groot deel van de kosten van het 3D-printen bestaan uit het loon van de operator. Als een robotarm het plaatsen en afwerken van de modellen over kan nemen, is dat dus een mooie besparing. Wat dat betreft denk ik dan ook dat het steeds makkelijker zal worden om maakbedrijven over te halen om een of meerdere 3D-printers aan te schaffen, zeker ook omdat er steeds meer soorten materialen beschikbaar komen, zodat er voor elke toepassing eigenlijk wel een oplossing is.”

Reputatie

Met Studio System levert Desktop Metal een systeem waarmee metalen onderdelen te 3D-printen zijn in een kantooromgeving.

Waar er de laatste jaren grote stappen zijn gezet op het gebied van 3D-printen, daar moet metaalprinten zich nog bewijzen bij productiebedrijven. Het heeft de reputatie duur en ingewikkeld te zijn, maar Kooij denkt dat de machines van Desktop Metal dit vooroordeel weg kunnen nemen. “Het doel van Desktop Metal is om metaalprinten geschikt te maken voor zowel engineering als productie. De huidige metaalprinters lijken een beetje op de computers uit de jaren zeventig van de vorige eeuw. Ze werken gecentraliseerd, er zijn aparte ruimtes voor nodig, gespecialiseerde operators bedienen ze en ze zijn zeer duur. Ook voor het metaalprinten van nu geldt dat er veel poespas bij komt kijken: explosiebestendige kamers, grote argon tanks, mannen in pakken, gespecialiseerde operators en grote investeringen. Bovendien is er nog een andere barrière: het ondersteuningsmateriaal voor de printonderdelen. De postprocessing moet met draadvonkmachines en CNC, anders raak je het restmateriaal niet kwijt en dat betekent dat er nog een hele bewerkingscyclus nodig is. Metaalprinten is in die vorm te industrieel en te duur voor prototyping en te langzaam en te lastig voor massaproductie.”

De 3D-metaalprinter die volgens Kooij alle genoemde problemen moet oplossen die spelen bij metaalprinten, is Studio System van Desktop Metal. Deze printer is kantoorvriendelijk en goedkoper dan bestaande systemen. Wanneer een engineer een model wil laten printen, zorgt de software van Desktop Metal voor de voorbereiding, waarbij de juiste supportstructuur wordt bepaald en de benodigde hoeveelheden materiaal en tijd worden berekend. Het printproces van Studio System lijkt vervolgens heel erg op het FDM-proces: een gebonden poedermengsel van metaal en bindmiddel wordt laag voor laag opgebracht, tot het model gereed is. Dit model is nog kwetsbaar en bevat nog bindmiddel. Nadat dit laatste is verwijderd, wordt het model gesinterd bij 1400 graden Celsius en is het functioneel.

De grote innovatie bij het bovenstaande proces is volgens Kooij de toepassing van de keramische supportlaag. “Om te voorkomen dat de gebruiker moet draadvonken of CNC-en, is de keramiek aanwezig. Dit wordt tijdens het sinteren een soort zandpoeder dat heel makkelijk uit het model te verwijderen is. Een ander voordeel van het systeem is dat het metaal in de vorm van staafjes in cartridges beschikbaar is die gewoon in en uit het apparaat te klikken zijn. Dat is een behoorlijke verbetering ten opzichte van het metaalprinten met poeder. Want als de gebruiker daarbij het poeder moet vervangen omdat hij met een ander metaal wil printen, moet hij voorkomen dat het nieuwe metaal verontreinigd raakt met het oude en dat betekent dat er eerst een uiterst nauwkeurige en vaak arbeidsintensieve schoonmaak moet plaatsvinden. Bij het gebruik van de staafjes is dat helemaal niet nodig.”

Modulair

Voor elk van de drie stappen in het proces heeft Desktop Metal een machine beschikbaar: een 3D-metaalprinter voor de opbouw van het model, een debinder voor het verwijderen van restmateriaal en een sinteroven voor de uiteindelijke omzetting naar een functioneel model. Het systeem is daarmee modulair van opzet: het is zo mogelijk om één enkele sinteroven te voorzien van modellen van meerdere printers.

Studio System is gebaseerd op een bestaande supplychain van Metal Injection Molding (MiM-)poeders die al gecertificeerd zijn. Momenteel zijn er zeven legeringen beschikbaar terwijl er dertig metalen zijn die op korte termijn kunnen worden gebruikt. Met een printsnelheid van zestien kubieke centimeter per uur is Studio System met name bedoeld voor prototyping en kleine series. De verwerkingssnelheid is uiteraard afhankelijk van het model, maar een voorbeeldmodel vergde negen uur voor het printen, zes uur voor het debinden en vierentwintig uur oventijd.

Studio System bestaat uit drie delen: een 3D-metaalprinter, een debinder en een sinteroven voor de uiteindelijke omzetting naar een functioneel model.

Single Pass Jetting

Naast Studio System wil Desktop Metal ook een productiesysteem gaan leveren. Dit systeem gebruikt andere technologie, die wel is gebaseerd op poeders en luistert naar de naam Single Pass Jetting. Desktop Metal claimt dat het tot honderd keer sneller is dan andere metaalprinters en tot twintig keer lagere kosten kent. De snelheid is daarbij 8.200 kubieke centimeter per uur waarbij een nauwkeurigheid kan worden gehaald van 50 micron. “Ten opzichte van gieten is het metaalprinten met dit systeem tot honderdduizend onderdelen concurrerend, terwijl de kwaliteit vergelijkbaar is. Daarmee wordt metaalprinten een serieus alternatief ten opzichte van traditionele methodes, zeker wanneer er af en toe wijzigingen plaatsvinden in een onderdeel.”

Vervanger

De beide printsystemen van Desktop Metal zijn nog in voorbereiding. Studio System wordt derde kwartaal van 2018 geleverd, terwijl de levering van het productiesysteem pas in 2019 wordt verwacht. Kooij kan bijna niet wachten: “We hebben verschillende voorlichtingsdagen gehouden en hebben gemerkt dat er heel veel interesse voor is. De eerste orders voor Studio System zijn zelfs al binnen, zo enthousiast zijn de eindgebruikers al. Dat is ook wel terecht denk ik, want metaalprinten op deze manier is echt een honderd procent vervanger van andere technieken. Bij het 3D-printen van kunststof onderdelen zijn de 3D-printmaterialen toch vaak een benadering van de gangbare kunststoffen. De printmaterialen worden wel steeds beter, maar het is er nog niet helemaal. Bij de metaalprinter krijgt de gebruiker echter een onderdeel van exact hetzelfde materiaal als hij gewend is. Er hoeft dus geen enkele concessie te worden gedaan.”

Website Layertec
Website Desktop Metal

Comments are closed.