3D-printed products

De opkomst van additive manufacturing biedt een ongekende vrijheid om het ontwerp van producten te herbedenken of nieuwe producten te ontwikkelen. Hoewel 3D-printen vaak nog snel wordt afgeschreven als ‘te duur’, moet men het gebruik van de technologie zien als een opportuniteit om meer toegevoegde waarde te creëren. In 99 procent van de gevallen is het inderdaad zo dat een één-op-één overstap van conventionele productie naar 3D-printen resulteert in een duurder product. Echter, indien men de voordelen op het vlak van ontwerp snelheid, vormvrijheid, materiaalvrijheid, ... weet uit te buiten, kunnen zeer mooie business cases gerealiseerd worden.

3D-printen heeft ook ontegensprekelijk een invloed op de bekomen materiaaleigenschappen, kwaliteit en maakbaarheid van de producten. 3D-geprinte producten kunnen bijvoorbeeld materiaaleigenschappen combineren die voorheen onmogelijk waren binnen één stuk. Maar tegelijk moeten vaak ook de materiaalbehandelingen worden bijgestuurd om het volledige potentieel van 3D-printen te realiseren. Dit geldt zowel voor additive manufacturing met metalen als kunststoffen. Kennis van en ervaring met de materie is voor bedrijven essentieel en dus verdiept Sirris zich hierin.

‘Multi-hardness'-concept voor multifunctionele 3D-geprinte werkstukken

SLS (selective laser sintering) is in volle ontwikkeling en evolueert steeds meer naar de productie van eindonderdelen. Dankzij een SLS-machine die open staat voor de controleparameters, kan Sirris via AM niet alleen het klassieke polyamide, maar ook andere materialen zoals polyurethaan, polypropyleen en andere additieven toepassen.

Thermoplastisch polyurethaan (TPU) is elastisch bij kamertemperatuur, wat het interessant maakt en nieuwe ontwerpmogelijkheden biedt. Het materiaal is relatief eenvoudig te verwerken en de meeste dienstverleners bieden het aan hun klanten aan. Toch kan men de functionaliteit van TPU-werkstukken verbeteren door in te zetten op het concept van multi-hardness. Eenzelfde werkstuk kan bijvoorbeeld zones met een verschillende hardheid hebben om verschillende functies te vervullen. Er zijn twee mogelijke benaderingen: inspelen op de energiedichtheid bij het sinteren van het poeder of lattice-structuren rechtstreeks in de werkstukken integreren.

Door het sturen van de machineparameters én de integratie van lattice-structuren in de werkstukken, kan Sirris innoveren in het ontwerp van onderdelen door, onder meer, hardheidsgradiënten in te voeren. Een voorbeeld van een bij Sirris gemaakt multifunctioneel 'multi-hardness' werkstuk betreft een wiel voor een step, dat in één stuk werd vervaardigd met verschillende zones: de naaf, met een hardheid van 90 ShA, en de band, bestaande uit een intern deel in lattice-structuur en een loopvlak, met een hardheid van 80 ShA.
Deze werkzaamheden kaderen in het EFRO-project IAWATHA.

Kennis en expertise in 3D-printen met staal beschikbaar voor bedrijven

In het INSIDE Metal AM-project onderzochten Sirris, CRM en BIL de technische en economische haalbaarheid van 3D-printen met staal. Naast het begrijpen van de opportuniteiten voor re-design en het creëren van toegevoegde waarde, komen er ook economische en technologische vragen naar boven die het moeilijk kunnen maken om de stap te zetten naar additive manufacturing (AM). Het gaat niet enkel om het selecteren van de juiste toepassing, in een volgende fase moeten de meest geschikte technologieën gekozen en geïmplementeerd worden. Het INSIDE Metal AM-project, dat eind 2020 afgesloten werd, had als doelstelling om een eerste houvast te bieden voor Belgische bedrijven die 3D-printen met staal overwegen. Dankzij projecten als dit is het niet nodig alle nodige kennis alleen op te bouwen. De ervaring, opgedaan binnen deze gesubsidieerde projecten, en de ondersteuning die geboden wordt door experts kunnen helpen om met succes de juiste toepassingen voor AM te selecteren en in een volgende stap ook de geschikte technologieën te kiezen en te implementeren.

Het INSIDE Metal AM-project behandelde enkele belangrijke aandachtspunten en activiteiten die relevant zijn voor zowel huidige als toekomstige gebruikers van metaalprinten. Er werd gekeken naar het hele traject, van materiaalkeuze, over het printen, tot het uitvoeren van de meest optimale warmtebehandelingen en oppervlakte nabehandeling. AM leidt tot niet-conventionele materialen, bijgevolg moeten de conventionele verwerkingsprocessen ook aangepast worden om de meest optimale materiaal- en producteigenschappen te realiseren. Binnen het project werden drie concrete cases uitgewerkt: een gegeneraliseerde rotor, aluminium extrusiematrijzen en een pomp-behuizing. De belangrijkste bevindingen uit het project werden samengevat in een whitepaper die beschikbaar is op de projectpagina.

Dit project werd mogelijk gemaakt met de steun van VLAIO en het Strategisch Initiatief Materialen (SIM).