Het wordt steeds meer rapid! Van extreem kleine voorwerpen met een ongekende precisie, tot modellen ter grootte van een auto, van flexibele delen tot edelstaal, van gietvormen tot meerkleurige modellen, bijna alles lijkt tegenwoordig mogelijk met rapid prototyping. Onderstaand volgt in vogelvlucht een overzicht de laatste ontwikkelingen van deze snel evoluerende techniek.
Hier wordt stilgestaan bij een aantal belangrijke trends en highlights en ontwikkelingen per techniek gegeven.
SLA, Stereolithografie
De oudste rapid prototyping techniek is nog steeds volop in ontwikkeling. 3D Systems, het eerste merk op dit gebied, legt zich vooral toe op de ontwikkeling van nieuwe materialen. Speciale tanks voor vliegtuigen worden nu al uit hoogwaardige materialen via stereolithografie gefabriceerd. 3D Systems verwacht in de loop van 2004 direct voorwerpen uit aluminium te kunnen vervaardigen. Een interessante ontwikkeling is tevens een voorloper van rapid manufacturing. Voor een gehoorapparatenfabrikant produceert men op maat gemaakte hoorapparaten in het oor vanaf een exacte afdruk van de gehoorgang met siliconenmateriaal. Dat wordt gescand met een 3D-laser en deze maten worden als basis gebruikt om via ste-reolithografie een speciaal voor dat oor geëigend gehoorapparaat te vervaardigen.
Materialise, de grootste leverancier van rapid prototyping voorwerpen in Europa bouwt rapid prototyping machines voor eigen gebruik. Ze toonden een manshoog stereolithografie model, vervaardigd in hun zogeheten ‘Jacuzzi”.
Een revolutionair nieuwe ontwikkeling is van de fa. Envison Deze verschilt in drie elementen ten opzichte van bestaande SLA-technieken. Ten eerste, er wordt gebruik gemaakt van een daglichtgevoelig hars in plaats van een UV-licht gevoelige. Ten tweede, het voorwerp wordt van onderaf opgebouwd in plaats van bovenaf. Ten derde, het gehele vlak van de doorsnede wordt in één keer als zwart/wit bitmap via een soort beamer geprojecteerd op de onderzijde van een glasplaat. Door met de beamer te zoomen kan de pixel grootte exact worden afgestemd op de grootte van het te maken product waardoor een zeer exacte productiewijze mogelijk wordt.
SLS, Selective Laser Sintering
Met SLS kunnen momenteel drie soorten materialen worden verwerkt. Een materiaal gebaseerd op kunststofpoeder, op een metaalpoeder in een kunststofbedding en op keramisch materiaal. In tegenstelling tot de SLS machines van 3D Systems maakt EOS, het andere bedrijf op dit gebied. voor ieder van deze drie toepassingen een specifiek daarop afgestemde machine. Het op een binder van zand materiaal gebaseerde principe is zeer geschikt voor zandkernen in metaalgietvormen. De gietvorm zelf zou te duur worden. Maar daar waar zeer gecompliceerde gietkanalen voor komen in metaalgietproducten zoals bijv. bij motoren, is dit systeem bij uitstek geschikt.
De firma Hoffmann brengt een apparaat op de markt dat qua techniek vergelijkbaar is met SLS. Alleen werken zij niet met een kunststofpoeder maar met speciale metaalpoeders. De lasers dienen dan ook dienovereenkomstig sterker te zijn. Het is de enige techniek waarmee direct hoogwaardige metalen delen uit materialen zoals roestvrijstaal kunnen worden vervaardigd. Ook kunnen er direct gietvormen mee worden gemaakt voor kunststof spuitgietproducten. Er kan gewerkt worden met een partikelgrootte van 28 mikron. De laser smelt het metaalpoeder volledig en daarmee kan een dichtheid worden bereikt van 99,5%. Er is wel sprake van krimp maar door die vooraf softwarematig te corrigeren, kan een nauwkeurigheid bereikt worden bij een werkstuk van onder de 10 cm van 0,05 mm en erboven van 0,1 mm.
FDM, Fused Depositioning Modelling
Stratasis is van oudsher een fabrikant van FDM machines. Als noviteit introduceerde men eind 2002 het goedkoopste rapid prototyping apparaat op de beurs, een FDM machine voor ABS-materiaal van £ 33.500,-. Daarnaast hebben zij nu een supportsysteem dat met water kan worden opgelost, zodat samengestelde holle delen nu ook kunnen worden vervaardigd. Per 2004 bestaat ook de mogelijkheid om prototypen te maken in het materiaal PPSU (polyvinylsulfon), een van de meest hoogwaardige kunststoffen die er bestaan, waarmee direct als prototype voorwerpen kunnen worden vervaardigd die aan zeer hoge materiaal- en temperatuurspecificaties kunnen voldoen en een zeer hoge chemische resistentie hebben.
3D Printing
Z-Corp brengt 3D printing apparatuur op de markt waarbij een bindmiddel telkens over een poederachtige substantie heen wordt geprint. Dat kan in een kleur of meerdere kleuren zodat dit systeem het enige is, waarbij meerkleurige vormen in een procesgang kunnen worden vervaardigd. Omdat de niet gebonden poeder als drager kan blijven fungeren, is een support ook bij dit systeem niet noodzakelijk. Als drager kan een gipsachtig materiaal worden gebruikt of een materiaal op basis van cellulose. Ook bestaan er vormen waarbij zand met een bindmiddel wordt gebonden. Met name deze techniek is interessant: men kan daarmee rechtstreeks gietvormen maken en kernen voor gietvormen waarmee volwaardige metalen delen zoals bijvoorbeeld een spruitstuk direct kunnen worden gegoten. De inkjet modellen kunnen niet belast worden, maar het is mogelijk ze veel sterker te maken door ze te drenken in epoxy hars. Een van de aardige aspecten van 3D printing is dat men er ook flexibele delen mee kan maken door voorwerpen vervaardigd uit cellulose materiaal in een flexibele polyurethaan emulsie te dompelen. De materiaalkosten zijn bij dit systeem relatief laag en liggen tussen de € 25 en € 50 per kilo, in tegenstelling tot materialen bij andere technieken, die rond de € 100 per kilo kosten. De productiesnelheid kan oplopen tot 90 mm per uur en is dus relatief snel.
Een ander bedrijf, Solid Scape Inc., brengt een klein op inkjet gebaseerd tafelmodel op de markt. Het is voornamelijk bedoeld voor kleine en zeer fijn gedetailleerde gietvormen waarvan later metalen afgietsels worden gemaakt. Een belangrijke markt is de vervaardiging van sieraden en fijnmechanische componenten. Een rode wasachtige support dient als basis. Een groenachtige thermoplast levert het uiteindelijke product op. De support wordt met een lage temperatuur weggesmolten en met het uiteindelijke product worden gietvormen gemaakt via de verloren wasmethode, waarin het metaal kan worden gegoten. De techniek is bij uitstek geschikt voor hele kleine deeltjes met zeer hoge precisie en kan ook gebruikt worden als basis voor mallen van siliconenrubber, waarin polyurethaanhars gegoten kan worden of aluminium-epoxy dat weer gebruikt kan worden als gietvorm voor spuitgietproducten in kleine series. De meeste producten variëren van een paar millimeter tot een paar centimeter.
Polyjet
Polyjet is een nieuwe techniek die wat weg heeft van MJM, de Multi Jet Modelling techniek van 3D Systems. Het systeem is gebaseerd op het printen van fotopolymeren. Een nieuwe laag fotopolymeer wordt op de vorige gedrukt als bij een inkjetprinter en na het drukken, wordt de hele laag belicht met een ultraviolette lamp, waardoor die hard wordt en de volgende eroverheen geprint kan worden. Net als bij FDM ziet men het product als product ontstaan, zij het dat ook bij deze techniek supports nodig zijn. Deze supports worden vervaardigd uit een ander materiaal en zijn zeer gemakkelijk los te halen van het uiteindelijke product.
Naast MJM van 3D Systems is er een nieuwe speler in dit veld gekomen: Objet, een Israëlisch bedrijf dat drie jaar geleden is gestart en alle octrooien van Cubitel heeft overgenomen. De eerste twee jaar zijn besteed aan R&D, waarbij men veel mensen heeft aangetrokken die uit de inkjet-technologie afkomstig waren. Een klein jaar geleden kwam men met de nieuwe techniek op de markt, inmiddels is deze operationeel in 15 landen. Er kunnen laagdikten afgedrukt worden van 0,2 millimeter, dus zeer precieze modellen kunnen worden gemaakt. Omdat de oppervlakte strak is, is afwerking nauwelijks noodzakelijk.
FRP
Spectaculair is de nieuwe FRP techniek. Het systeem ziet er uit als een opgeblazen rapid prototypemachine waarmee modellen ter grootte van een auto kunnen worden gemaakt. Dat gebeurt in drie fasen. Eerst wordt in stroken van ca. 5 cm een ondermaatse laag polyurethaanschuim geprint. Daarover komt een overmaatse laag in dicht materiaal dat tenslotte op maat wordt afgefreesd.
(Bron: Vindingrijk 2002 / 6)
