Belangrijk criterium additieve fabricage: stralingsuitharding

3D printen of additief produceren heeft een lange weg afgelegd in een zeer korte tijd, in niet geringe mate geholpen door de mogelijkheden van UV- en EB-uitharding.

Trefwoorden: #3D printen, #additieve fabricage, #Radtech Europe, #stralingsuitharding

Lees verder

Magazine

Download het artikel in

ENGINEERINGNET - In dit artikel bespreekt de Secretaris-Generaal van RadTech Europe, de Europese vereniging voor de stralingsuithardende technologieën, de huidige status in de dynamische 3D-print markt.

De UV- en EB-technologieën bestaan al vele jaren en maken snelle en efficiënte uitharding mogelijk van bijvoorbeeld houten vloeren/panelen en architecturale coatings, en - meer recentelijk - van drukinkten, vooral voor etiketten en verpakking, om hogere perssnelheden te leveren. En dat is niet alles.

Tegenwoordig kunnen, gebruikmakend van UV/EB technologie, 3D-objecten worden gecreëerd in plastic uit een digitaal bestand. Dit is de nieuwe focus voor een veel breder scala aan industrieën, van medische apparaten tot speelgoed, maatwerk juwelen, elektronica, en auto-onderdelen. Al deze nieuwe toepassingen schakelen stralingsuitharding in.

Volgens een rapport van het in de VS gebaseerde MarketsandMarkets groeit de wereldwijde 3D print/additieve productiemarkt - gebruikmakend van 3D printmachines, printmaterialen en leveranciers - zeer snel. Naar verwachting zal deze een waarde van 8,43 miljard dollar bereiken in 2020, tegen een geconsolideerd jaarlijks groeitempo van 14,37% tussen 2014 en 2020.

Traditionele industriële coatings - in het bijzonder houtcoatings (de grootste eindgebruikmarkt voor UV-uitgeharde coatings) - blijven wereldwijd de snelst groeiende sectoren voor UV-uitharding, gevolgd door elektronica.

De UV-harsen zelf leveren de eigenschappen voor het eindproduct en de coatingtechnologie legde de basis voor het toetreden van stralingsuitharding tot de nieuwe 3D-print arena, wat nieuwe mogelijkheden creëert die verder gaan dan de eenvoudige verbeterde snelheid, efficiëntie en significante kostenreductie factoren die in de eerste plaats degenen aantrokken die de technologie in diens verschillende vormen omarmden.

Proceskeuze
Het daadwerkelijk gekozen proces voor 3D-printen/additieve productie is afhankelijk van de te gebruiken methode voor het toevoegen van verschillende materialen om een 3D structuur te bouwen - vloeistoffen of vaste stoffen.

Vloeistofsystemen worden meestal gepolymeriseerd gebruikmakend van UV-energie, waarbij de vloeistofformulering gedeponeerd wordt door spuiten, gevolgd door UV-uitharding, en het patroon herhaald wordt tot het object compleet is. LED UV-uitharding is een andere interessante actuele ontwikkeling, die snellere uithardingssnelheid maar nog een beperkt vermogen biedt; en laseruitharding is ook een optie.

Stereolithografie (SLA), de langst gevestigde 3D-technologische basis, bouwt een product verticaal laag voor laag op - uitgehard door een laserstraal - in een vat vloeibare polymeer.

DLP (digital light projection) gebruikt een projector, vergelijkbaar met die die gebruikt worden voor zakelijke presentaties, om een afbeelding van de gewenste dwarsdoorsnede van een object te projecteren in een vat van licht-reactief plastic (fotopolymeer). Het licht hardt selectief enkel het gespecificeerde gebied uit.

De nieuwste optie, materiaal spuiten of 3D inkjet printen, richt ultradunne lagen van polymeer uit een meervoudige spuitprintkop op een platform, en iedere laag wordt individueel UV-uitgehard.

Dit creëert een volledig vernette kunststofstructuur, die gesteund wordt door een gel-achtig materiaal die de creatie van complexe structurele vormen en overhangen mogelijk maakt, en een zeer hard en sterk resultaat levert dat verschillende materialen en verschillende kleuren in de zelfde productconstructie kan combineren.

Een kleine, rigide, kunststof modelauto, bijvoorbeeld, kan inline uitgerust worden met zachte rubberen wielen. Deze fysieke eigenschappen raden 3D inkjet print, met een geschikte materiaalmix, aan voor rapid prototyping in een breed scala van industrieën en toepassingen.

Medische markten
3D-printen verandert al de medische apparatuur industrie, vooral in de gehoorapparatuur, orthopedische en tandheelkundige gebieden - en het jaagt nieuwe productontwikkeling aan, dankzij zijn vermogen om rapid prototyping en de creatie van medische modellen te faciliteren.

Menselijk weefsel ontwikkeling is slechts één gebied waarin actieve vooruitgang plaatsvindt, en experimenten in aanvullende innovaties gaan onverminderd door. Vanzelfsprekend, echter, moeten de gebruikte materialen goedgekeurd en veilig bevonden worden voor zowel beperkte huidblootstelling als voor implantatietoepassingen.

Slechts een handvol, zoals nylon-11 en PLA voor beperkte huid blootstelling, en titanium en roestvast staal voor implanteerbare toepassingen zijn momenteel goedgekeurd. Verdere vooruitgang hier hangt af van succesvolle testresultaten met materialen zoals magnesium, keramiek en superlegeringen.

Luchtvaart- en automobielmarkt
De luchtvaartindustrie profiteert ook van UV-uitgeharde additieve productie. Aangezien het, door haar aard, zeer kleine hoeveelheden componenten nodig heeft, kan de technologie zeer kosteneffectief zijn, en levert het snelle productlevering zonder de hoge kosten en vertragingen die geassocieerd worden met hoge precisie mallen en andere essentiële goederen voor fysieke productie.

Een goed voorbeeld hier is Opels creatie van 3D-geprinte op maat gemaakt montage-gereedschapsstukken en mallen om nauwkeurige plaatsing van zijn OEM-voertuigonderdelen en accessoires te ondersteunen. Zelfs Formule 1 auto’s vandaag de dag hebben 3D-geprinte beschermende carrosserie afwerkingen.

Consumentengoederen
Natuurlijk zijn de consumentenmarkten enthousiaste toepassers van een technologie die professionele, hoogwaardige 3D-geprinte producten levert, die zelfs aangepast kunnen worden. We zien tegenwoordig modelauto’s, sportartikelen, op maat gemaakte sieraden, bagage, promotionele weggeefartikelen en nog vele andere 3D-geprinte artikelen in de winkelschappen.

De consumentenmarkt heeft ook zijn eigen productiestroom: thuis 3D-printers - vooral gebaseerd op thermoplastische extrusietechnologie - zijn nu trendartikelen in de technologische goederenmarkt, maar missen natuurlijk de resolutienauwkeurigheid en snelheid van professionele 3D-printers.

Trends en innovatie
De wens om betere kwaliteit en het vermogen van machines om een groter scala aan materialen te printen te realiseren zijn nog steeds belangrijke drijfveren voor innovatie.

Er is veel activiteit in de ontwikkeling van software (scanvermogen), en in harsen en apparatuur voor 3D-inkjet printen. De industrie is ook gericht op het koppelen van productietechnologie aan belangrijke nieuwe materialen; op machines voor meerdere materialen die de laagst mogelijke hoeveelheid middelen gebruiken, zonder afval; op on-demand productie van op maat gemaakte producten en producten in beperkte oplage; op het lichter maken van producten en het benutten van de vrijheid in design in zowel materiaalcompositie als vorm; en zelfs op de implementatie van 3D print in conventionele procesketens in de industrie.

UV-uitharding is een sleutelpartner voor innovatie in de technologie, omdat het makkelijkere creatie van de gereedschapsbaan biedt en kleinere bestanden, een grotere diversiteit aan materialen en chemische samenstellingen dan de andere opties, en hoger detail. Naarmate de kosten voor consumentenelektronica dalen, zal de veelzijdigheid van op UV gebaseerde systemen de markt voor 3D-printen blijven uitbreiden.

Duurzaamheid
Er zijn op dit moment ook belangrijke initiatieven om een duurzaam platform te creëren voor 3D-printen - zowel voor het collecteren van plastic voor recycling en hergebruik in 3D-printen, als voor het verwerken van gerecycled plastic in 3D-printbaar filament.

Het groeiende succes van de technologie betekent tevens dat er nu een echte behoefte is om internationale en Europese standaarden voor additieve productie vast te stellen; en hier heeft het EU-project SASAM, 'the Support Action for Standardisation in Additive Manufacturen', een pionierende routekaart opgesteld voor standaardisatie-activiteiten.

Ook de International 3D Printing Association is een industriële infrastructuur bijeen aan het brengen, evenals de leden van de associatie RadTech Europe die zich willen profileren als sleutelpartners in deze snelgroeiende markt voor de vaardigheden en voordelen van stralingsuitharding, het leveren van de nieuwste chemie en uitrusting die aan de vereiste wetgeving en veiligheidsstandaarden voldoet.

Een dynamische toekomst?
Het blijft de vraag of 3D-printen/additief produceren te zijner tijd een volwaardige concurrent wordt voor traditionele productietechnieken in de massamarkten.

De technische leveringsketen van de industrie blijft echter zijn vermogen ontwikkelen om producten te creëren - laptops, tablets, en andere digitale apparaten - waarbij complexe onderdelen bestaande uit meerdere materialen en goedkope, snelle productie betrokken zijn. UV-uitharding is hier een sleutelfactor.

Zoals in veel grote sectoren, heeft stralingsuitharding zeker een dynamische toekomst.


(foto's: Radtech, Materialise)
door Mark Macaré, Secretaris Generaal RadTech Europe