Keramiek 3D printen

Keramiek printen met gebruik van de DLP technologie, Formatec deed onderzoek en bouwde een keramiek printer. Deze printer werd gepresenteerd in december 2012, op het CIM Seminar bij Formatec in Goirle.

Achtergrond
Additive manufacturing of 3D printen is verzamelnaam van technologieën die vandaag de dag niet meer zijn weg te denken als methode voor zowel prototyping als productie. Vele materialen worden vormgegeven door een grote verscheidenheid aan technologieën.

Toen Formatec in 2012 startte met hun onderzoek werd al snel duidelijk dat 3D printen voor het vormen van keramiek vele voordelen heeft. Ook bleek dat DLP de best passende techniek is dankzij het hoge resolutie proces. De hoge resolutie levert betere oppervlakten op dan poeder laseren en ook de te bereiken product toleranties zijn hoger. Het onderzoek was dusdanig interessant dat er gestart werd met het bouwen van een printer. Inmiddels bestaat Admatec, een spin-off bedrijf uit dit project, alweer ruim 5 jaar. Zij zijn producent en leverancier van een tweetal 3D printers voor keramiek; Admaflex 130 en 300.

Admaflex 130 series

Admatec Admaflex 130 ceramic 3D printer

Proces
Het CAD model van een product wordt door speciale software opgedeeld in laagjes. Deze laagjes worden vervolgens door de DLP – Chip geprojecteerd op de bodem van het reservoir. In het reservoir bevindt zich een fotopolymeer gevuld met keramisch poeder. Tijdens de projectie wordt fotopolymeer geactiveerd en hardt de kunststof / keramiek combinatie uit. Nadat dit gebeurd is, beweegt de Z-as omhoog en start de belichting voor de volgende laag.

Als alle lagen gereed zijn, dan is het product opgebouwd uit een combinatie van kunststof en keramiek, gelijk aan een ‘groen’ gespuitgiet product. Alle, voor Formatec, gebruikelijke processtappen als debinden en sinteren moeten dan nog uitgevoerd worden om tot een volledig functioneel keramisch product te komen.

De Admaflex 130
Formatec gebruikt de Admaflex 130 als een van de productie methoden voor het maken van kleine hoog nauwkeurig keramiek;

 Eenheid  Waarde
 Resolutie  µm  35-62.5
 Laagdikte  µm  10 – 200
 Snelheid  lagen/u  tot 300
 DLP Chip  pixels  1920 x 1080
 Bouw platform*  mm  96 x 54 x 110
 mm  90 x 56 x 110
 mm  160 x 100 x 110

*Afhankelijk van de lichtbron (full HD of WQXGA)

Toepassingen
Het 3D printen van keramiek kent in grote lijnen drie verschillende toepassingsgebieden;

Prototypes
Het vervaardigen van keramische prototypes is erg kostbaar en bestrijkt over het algemeen een periode van weken. Met het toepassen van de DLP technologie kan één enkel product worden gemaakt, vaak met complexe geometrieën welke niet mogelijk zijn bij conventionele technieken. Tooling is hierbij niet van toepassing, oftewel dure bewerkingen zoals het maken van een matrijs en/of het slijpen van keramiek kan achterwege blijven.

Vaak wordt het vervaardigen van de prototypes toegepast in de ontwerp fase van een product. In deze fase is het ontwerp sterk onderhevig aan veranderingen. Met het printen zijn geen aanpassingskosten gemoeid, een tweede prototype kan er dus totaal anders uit zien.

Kleine serie productie
Het printen van keramiek met de DLP technologie vindt zijn toepassing in series die groter zijn dan de gebruikelijke slijpseries en kleiner dan typische aantallen voor het spuitgieten van keramiek. De onderdelen die in deze categorie vallen hebben geringe afmetingen, nauwe tolerantie en een complexe vorm.

Serie productie
Serie productie zal toegepast worden als geen enkele andere technologie in staat is om het product te maken met de bestaande technologie. Ondersnijdingen, complex gevormde koel kanalen, dunne wanddiktes, foam-achtige structuren, zijn slechts enkele voorbeelden van vormen die alleen met de DLP print technologie gemaakt kunnen worden. Bij toepassing van deze vormen is alleen de DLP technologie beschikbaar en zal deze techniek dus gebruikt worden voor productie series.

Voor- en nadelen

 Voordelen
 Nadelen
 Geen matrijskosten  Beperkte productdikte +/- 2.5mm
 Serie productie voor complexe delen  Relatief langzaam productie proces
 Prototypes met functionele keramische eigenschappen  Beperkte materiaal beschikbaarheid
 Erg hoge vormvrijheid  Afhankelijk van het ontwerp moeten er ‘supports’ aangebracht worden
 Geen kosten voor aanpassing van ontwerp
 Grote nauwkeurigheid, door grote resolutie
 Korte doorlooptijden


De toekomst

3D printen biedt steeds vaker de uitkomst voor het produceren van producten ten opzichte van conventionele methodes. 3D print technologie an sich is continu in ontwikkeling, maar het staat vast dat het een positief effect heeft op het verminderen van tijd en werk en het verlagen van kosten. Tegelijkertijd biedt het een toegevoegde waarde door de voordelen van 3D printen. De ontwikkeling van de Admaflex 3D printers en de productie met deze printers door Formatec ligt op het gebied van uitbreiding qua materiaalsoorten.

enEnglish deDeutsch