Postprocessing moet mee in de ontwikkeling van 3D-printen

Jaap van Peperstraten

Er wordt de laatste jaren veel gezegd en geschreven over 3D-printen. Maar eigenlijk is er geen goed overzicht van wat nu de actuele ontwikkelingen en tendensen zijn. Voor oppervlaktebehandelaars is dat wél van belang, omdat we moeten anticiperen op de postprocessing, die bij succesvolle toepassing van 3D-printen alleen maar belangrijker wordt. Over de stand van zaken, de ontwikkelingen en kansen, hadden we een gesprek met Willem-Jan van Loon, van het bedrijf Beamler.

Beamler is betrokken bij de workshops die in februari door Innovat.ION zijn georganiseerd om samen met MKB-bedrijven het EFRO-project 3D Metaalprinten in te vullen. In maart zal onder leiding van NLR, samen met TU Delft, Fraunhofer Project Center en Beamler de projectindiening worden voorbereid. Innovat.ION heeft er ook voor gezorgd dat een metaalproductiebedrijf in Flevoland een voucher ontving, waardoor het bedrijf, samen met eigen engineers, kan gaan onderzoeken waar de beste kansen liggen voor 3D Metaalprinten. De uitvoering wordt ter hand genomen door Innovat.ION en Beamler.

Kun je je eerst even voorstellen aan onze lezers? 

“Mijn naam is Willem-Jan van Loon, oprichter van Beamler. Beamler is een Nederlands softwarebedrijf dat bedrijven de mogelijkheden biedt om hun volledige potentieel van 3D-printtechnologieën te ontsluiten, op een manier die hun productieproces verandert en de return on investment maximaliseert. Onze oplossingen zijn ontworpen voor bedrijven in verschillende stadia van de invoering van de technologie: van nieuwkomers die de mogelijkheden van 3D-printen moeten leren begrijpen, tot de meest ervaren mensen die hun productiecapaciteit willen uitbreiden. De kern van ons bedrijf is een database voor industrieel 3D-printen, met gegevens over meer dan 1.000 soorten materialen, 650 types industriële machines en meer dan 450 printservicelocaties over de hele wereld. Met deze database bieden we een platform aan bedrijven die 3D-printen willen gebruiken en toegang willen krijgen tot een wereldwijde 3Dprintinfrastructuur.”

Kun je wat vertellen over de huidige status van 3D-printen?

“Als technologie is 3D-printen de laatste jaren enorm in beweging. Enkele van de grootste bedrijven hebben hun potentieel gerealiseerd en grote bedragen geïnvesteerd in R&D. Dit heeft sterk bijgedragen aan de snelle evolutie van 3D-printtechnologieën en tegenwoordig is het mogelijk allerlei soorten materialen af te drukken; van metalen tot siliconen. Wat de metalen betreft: tegenwoordig kunnen onderdelen geprint worden met dezelfde of een hogere kwaliteit dan hun traditionele tegenhangers. Sterker, voor het 3D-printen in 2018 gebruikte 36% van de bedrijven metalen materialen.” 

Doordat er verschillende 3D-printprocessen zijn, bestaan er ook verschillende postprocessingsmogelijkheden. Je kunt zeggen dat de 3D-printtechnologieën zijn ondergebracht in zeven 3D-printprocessen. Die zeven processen zijn:

  •  Binder jetting
  •  Powder bed fusion
  •  Material extrusion
  •  Vat photopolymerization
  •  Material jetting
  •  Directed energy deposition
  •  Sheet lamination.
Willem-Jan van Loon

CEO en Founder Willem-Jan van Loon.

Wat zijn momenteel de postprocessing stappen voor 3D-printen?

“De meest gebruikte technologieën in de markt zijn op dit moment FDM (fused demosite modelling) wat valt onder het material extrusion process en SLS (selective laser sintering) wat onder powder bed fusion valt. Met nam deze polymeer-kant van 3D-printen is interessant om hier te belichten, omdat je hierbij de meeste vrijheid hebt voor postprocessing.”

Kun je eerst wat vertellen over postprocessing van SLS polymeer?

“Wanneer de onderdelen uit de bouwkamer van de machine komen, moeten ze eerst afkoelen voordat je kunt beginnen met de nabehandeling. De standaardvorm van afwerking is dat al het poeder met perslucht uit het onderdeel wordt verwijderd. Maar je kunt dit ook handmatig doen met behulp van een rijst- of koperen vezelborstel. Het oppervlak wordt ook wel gereinigd met plastic-korrelstralen om al het ongesinterde poeder dat aan het oppervlak kleeft te verwijderen. Deze afwerking is inherent ruw, vergelijkbaar met een medium-korrel schuurpapier. Andere mogelijke hulpmiddelen zijn schuurpapier – met elektrische schuurmachine is ook mogelijk –, precisiemes en tangen. Je kunt ook kiezen voor vitropolish wanneer de 3D-print geen scherpe randen nodig heeft. Het zorgt voor een zeer goede gladheid. Daarna kun je je onderdelen verven of een ander soort coating aanbrengen om ze duurzamer of waterdicht te maken.”

Foto Zachary Martin

Foto: Zachary Martyn

Wat is het verschil met postprocessing van FDM polymeer?

“Het verschil tussen FDM en SLS-printen is dat je te maken hebt met lagen in de 3D-print. Hoe hoger de kwaliteit van de machine, des te minder je de lagen ziet in de 3D-print. Wanneer de 3D-print klaar is, moet je eerst de supportstructuur verwijderen. Dat kan op verschillende manieren. De meest voorkomende manier is het verwijderen met de hand. Je kunt wat ondersteunende gereedschappen gebruiken, zoals een tang of precisiemes. Meestal is het een simpel proces, maar wat je absoluut niet wilt, is het verkeerde plastic eraf halen of dat de lijnen van de 3D-print loskomen van elkaar. Vooral bij lange en dunne details komt dit vaak voor. Een tweede mogelijkheid is te kiezen voor een oplosbare drager van de support zoals PVA (oplosbaar in water) of HIPS (oplosbaar in d-limoneen). Het nadeel hiervan is dat gaten kunnen ontstaan wanneer je de verkeerde oplossing gebruikt. Om het product dan weer compleet te maken, moeten die gaten worden opgevuld, wat een tijdrovend proces is.

Na het verwijderen van de support, moet je nabehandelen. Eventuele gaten in de 3D-print moeten worden opgevuld, bijvoorbeeld met epoxyhars, autobody-filler of ABS- en acetonverbinding. Vervolgens moet de print worden gepolijst. Dit kan met de hand of met roterende elektrische gereedschappen. Bij dat laatste moet je er wel op letten dat er geen warmte vrijkomt die het object kan laten smelten. Andere technieken zijn bijvoorbeeld vapor smoothing of het gebruik van aceton, maar deze hebben als nadeel dat de tolerantie extreem afneemt. De chemische reactie tijdens dit proces is ook erg krachtig en kan ervoor zorgen dat verschillende prints breken. Vervolgens is de 3D-print klaar om een primer toe te passen en te schilderen of met andere materialen te bedekken.”

DyeMansion DM60

DyeMansion DM60 (foto: DyeMansion)

Zijn er nieuwe machines nodig om de postprocessing-markt te betreden?

“Postprocessing wordt naar mijn mening enorm onderschat en er liggen veel mogelijkheden, zeker ook op het gebied van het ontwikkelen van nieuwe postprocessing machines. Een voorbeeld is het bedrijf Dyemansion uit München. Dit jonge bedrijfheeft een technologie gevonden om de SLS 3D-prints veel meer waarde te geven, door een grotere hoeveelheid kleuren aan het proces toe te voegen.”

Hun DM60 is een volledig geautomatiseerde kleurenmachine voor SLS-afdrukken. Met een kleurvolume van 60 liter is het apparaat bedoeld om gelijktijdig meerdere laser-sintersystemen te bedienen, en het automatiseringsproces omvat reiniging, zonder veel handarbeid. Voorbeelden van 3D-prints die zijn nabewerkt met de DM60-machine zijn consumentenproducten zoals zonnebrillen en sportschoenen. Met deze nabehandelingen wordt veel waarde toegevoegd.

Welke markten zijn het meest interessant?

“De grootste markten van 3D-printen volgens het Wolher-report – de meest betrouwbare bron – zijn de sectoren luchtvaart/automobiel, medisch/dental, consumentenelektronica en machinebouw. Elke industrie heeft specifieke redenen om te 3D-printen. Voor de luchtvaart en de automobielindustrie is dat bijvoorbeeld minder gewicht per geprint onderdeel, terwijl het in de medische en dental-industrie meer draait om maatwerk; denk aan protheses, bitjes of een geprinte schedel. De belangrijkste reden voor de machinebouw om te 3D-printen is om downtime te voorkomen. Bij consumentenelektronica gaat het ook om maatwerk van onderdelen, zoals de Adidas schoen.”

Machines van Carbon 3D

Machines van Carbon.

Hoe kunnen oppervlaktebehandelende bedrijven toetreden tot de 3D-printmarkt?

“Er zijn verschillende manieren om de markt te benaderen. De eerste mogelijkheid is het verkopen van je postprocessing product aan een 3D-printfabrikant. We zien immers dat er steeds meer totaaloplossingen worden aangeboden aan de markt. Dat betekent voor een machinebouwer bijvoorbeeld dat hij de machine verkoopt, met daarbij software en materiaal. Als je vervolgens ook een bepaalde postprocessing oplossing kunt aanbieden, kan dit interessant zijn. Een voorbeeld is Carbon3D uit Amerika. Naast hun machine verkopen ze een machine om de onderdelen na te behandelen. De Smart Part Washer-machine wast de 3D printen en maakt er series van.

Een andere mogelijkheid is om samen te werken met een 3D-printservicebureau. Je kunt wellicht machines en diensten aanbieden op de werkvloer of je kunt in je huidige bedrijf een hoek inrichten die speciaal voor postprocessing van 3D-geprinte onderdelen is ingericht.”

Waar liggen kansen voor 3D-printen en postprocessing?

“Complexe vormen zijn altijd lastiger na te behandelen. Het schoonmaken van deze onderdelen voor het aanbrengen van lak of verf is een uitdaging. Je ziet in de industrie dat onderdelen steeds complexer worden. Hierdoor wordt ook meer gevraagd van het postprocessing proces. Een andere trend is het 3D-printen van twee materialen door elkaar heen. We zien dit nog niet overal in de markt, maar wel bij de combinatie van rubberachtige (shore A30) en plastic (shore A90) materialen. Maar veel interessanter is bijvoorbeeld de combinatie plastic met metaal. Dit vraagt om een compleet andere manier van nabehandelen. Er valt dus nog veel pionierswerk te doen.”

Reacties