‘3D printing’ is slechts goed om wat ‘spielerei’-dingetjes in plastic te vervaardigen? Dan heb je de ontwikkelingen in de voorbije 28 jaar niet gevolgd.

Zomaar een bestand ‘uitprinten’ tot je een voorwerp in handen hebt? Het is echt niet nieuw, want Charles Hull printte al in 1984 zo’n eerste stuk met behulp van wat hij ‘stereolithografie’ noemde (en in 1986 een patent op verwierf). Maar wat vandaag gemeenzaam ‘3D printing’ wordt genoemd, maar beter wordt omschreven als ‘additive manufacturing’ (am, additief produceren, fabrication additive) of direct digital manufacturing, is ondertussen uitgegroeid tot een uiterst gevarieerde productiemethode, die niet alleen prototypes, maar ook reëel bruikbare producten oplevert. En niet alleen in plastic, maar in een steeds langere lijst van – soms verbluffende – materialen.

Goed voor veel

Bij am worden producten ‘samengevoegd’ tot complete voorwerpen, hetzij door het verharden van vloeistoffen (stereolithografie) of vaste materialen zoals poeders en draden (‘selective laser sintering’, sls, en ‘fused deposition modeling, fdm). Het vormt vandaag een zo goed als volwaardig equivalent voor meer gevestigde productiemethoden als ‘cnc’ (productie door het weghalen/wegsnijden van materiaal), spuittechnieken (injectie in mallen) of assemblage.

Vandaag beperkt am zich nog overwegend tot productie in kleine aantallen, maar de am-machines evolueren snel. Wel leent am zich het best voor de productie van uiterst geoptimaliseerde en/of pure maatwerkproducten. De grootste uitdaging is dan ook allicht de bijsturing van het ontwerpproces, waarbij ontwerpers en ingenieurs meer vrijheid krijgen om snel producten te bouwen, zonder grote investeringen in productietools, en dat meer met optimalisatie in gedachten. Daarnaast bestaat ook grote interesse in de wereld van reserve- en vervangonderdelen, waar am een oplossing kan bieden voor stukken waar slechts kleine vraag naar is.

Sommige industrieën hebben al snel het voortouw genomen in am, zoals de medische wereld. Zo tekent vandaag de productie van gehoorapparaten, met behuizingen perfect op maat van de gebruiker, voor het grootste deel van de am-productie. Daarnaast worden ook heel wat implantaten zoals kunstgewrichten en prothesen in een am-technologie uitgevoerd. Onlangs haalde het Leuvense Layerwise nog het nieuws met een kaakbeenprothese in titanium.

Een ander topgebied is de lucht- en ruimtevaartsector. Daar treft men am-geproduceerde onderdelen aan in zowel gevechtsvliegtuigen (zoals de F18 Hornet) en de nieuwste passagierstoestellen, zoals de Airbus 380 en de Boeing 787, wat duidelijk aantoont dat am het stadium van ‘low grade plastic’ voorwerpen heeft overstegen. Wellicht de stevigste prestatie is het gebruik van am-productietechnieken voor de bouw van een satelliet, in casu de Rampart Cubesat (het kleinste type satelliet). Am maakte het mogelijk om de busstructuur en het inwendige van de satelliet (inclusief delen van de aandrijving) aan te passen aan de componenten, in plaats van andersom, en om snel wijzigingen in het ontwerp te implementeren. Er werd gebruik gemaakt van sls-technologie, met materiaal dat acceptabel voor gebruik in de ruimte is. Overigens werden al am-machines getest tijdens vluchten met gewichtloosheid, met het oog op gebruik in de ruimte.

Twee drijfveren voor am

Twee ontwikkelingen geven am een stevige duw in de rug, in casu aangepaste bestandsformaten en een steeds langere lijst van materialen waarmee kan worden geproduceerd.

Sinds het begin van stereolithografie werd het bijhorende stl-bestandsformaat de facto het standaardbestand voor de uitwisseling van informatie tussen cad-ontwerpsoftware en am-systemen. Het kreeg zelfs nog een ruimere toepassing als een bestandformaat om data tussen cad- en cam-toepassingen uit te wisselen. Het stl-bestandsformaat bevatte evenwel enkel informatie over de vorm van het voorwerp (afmetingen en volume). Daarom werd – na een reeks bedrijfseigen bestandsformaten – het ‘additive manufacturing file’ bestandsformaat ontwikkeld, dat tevens informatie over kleur, materiaal (inclusief mengelingen van materialen) en groeperingen van te ‘printen’ voorwerpen bevat. Het betreft een xml-gesteund bestandsformaat, dat vorig jaar een officiële status kreeg als de ASTM F2915 standaard. Of de standaard zal doorbreken, valt nog af te wachten, maar duidelijk is dat hiermee aan de groeiende mogelijkheden van am-machines wordt voldaan.

Belangrijk daarbij is de groeiende lijst van materialen waarmee kan worden geproduceerd. Sinds de eerste plastics, wordt al lang en steeds meer am-productie met metalen gewerkt, zoals titanium en aluminium derivaten, maar ook staal, goud en zilver. Ook in de plastics boekte men vooruitgang, zoals doorzichtige of flexibele, rubberachtige materialen, abs-materiaal (ook voor onderdelen in ontwerpen die gevoelig zijn voor statische elektriciteit) en meer. Maar ook ‘exotische’ materialen als klei, hout, voedingsmiddelen als deeg en zelfs papier werden naar verluidt aangewend in am-machines….

Guy Kindermans