Kennismaken met 3D-printen
Inhoudsopgave 01 Inleiding 04 Technologie: Wat zijn de volgende stappen? 06 Ontwerpworkflow 08 Post processing 10 Laatste overwegingen 12 Contactgegevens
Inleiding Kennismaken met 3D-printen 3D-printen voor eindgebruikers begint volwassen te worden met een toename van 1,4 miljard in 2015 tot zo n 12 miljard euro in 2018. 1 Voor veel sectoren, waaronder de maakindustrie, ontwerpbureaus en architectuur, betekent dit een ware revolutie. 3D-printen is uitermate geschikt om het productieproces te versnellen door het ontwerptraject sneller, efficiënter en productiever te maken. 3D-printen maakt kleinschalige flexibele productie mogelijk en stimuleert de creativiteit doordat er meer kan worden geëxperimenteerd met vormgeving en materiaalgebruik. Ondernemers kunnen met 3D-printen traditionele bedrijfsmodellen transformeren om zo hun concurrentiepositie te verstevigen en nieuwe omzet te genereren. Als 3D-printen nieuw is voor u, of als u overweegt te investeren in 3D, hopen we dat dit magazine u waardevolle informatie biedt. In dit magazine wordt aandacht besteed aan de fundamentele stappen op weg naar een tastbaar 3D-model. We besteden aandacht aan het verband tussen de toepassing, keuze van de 3D-technologie. Daarnaast komt de ontwerpflow aan de orde tot en met de nabewerking van de geprinte onderdelen. Hiermee krijgt u een duidelijk beeld van hoe u 3D-printtechnologie het beste kunt inzetten binnen uw bedrijfsvoering. Ontwerpworkflow 3D-printtechologie Post processing Met het doornemen van dit magazine zet u een belangrijke stap op weg naar 3D-printen. Door de belangrijkste overwegingen voor het implementeren van de 3D-technologie te presenteren, hopen we een bijdrage te kunnen leveren aan uw keuze voor de juiste investering. Welke 3D-printtechniek is de juiste voor mijn bedrijfsvoering? De keuze voor de juiste 3D-technologie is afhankelijk van de gewenste toepassing. In de volgende items wordt kort ingegaan op enkele populaire professionele toepassingen van 3D-printen. Aan de hand van de gewenste toepassing en het daarbij horende materiaal kunt u bepalen welk 3D-printproces het beste bij uw bedrijfsvoering past. 1 Gartner: Prognose, 3D-printers wereldwijd 2014-2018 Kennismaken met 3D-printen 1
Inleiding 3D-toepassingen Conceptmodeling Een conceptueel model is een realistisch en tastbaar 3D-model dat gebruikt kan worden om een ontwerp te evalueren op afmeting, verhouding, vorm en kleur. Dankzij de tijdsbesparing die 3D-conceptueel modelleren met zich meebrengt, kunnen tijdens het proces van productontwikkeling verschillende ontwerpideeën tegen relatief lage kosten worden geproduceerd en ter beoordeling aangeboden worden. Dit leidt uiteindelijk tot betere producten. Als meerwaarde in het creatieve proces kunnen ideeën en concepten met 3D-modellen duidelijker aan klanten worden getoond. Voorbeelden van 3Dconceptmodeling zijn al prominent aanwezig in de architectuur- en bouwsector, het onderwijs en bij productiebedrijven. Functionele prototypen Door het 3D-printen van functionele prototypen kunnen ontwerpen op flexibele maar ook op realistische wijze worden getest. Met deze functionele 3D-prototypen is het veel eenvoudiger en goedkoper om ideeën te testen voordat deze definitief worden geproduceerd. Naarmate productontwerpen meer vorm beginnen te krijgen, moeten ontwerpers elementen ervan kunnen verifiëren en testen om er zeker van te zijn dat het nieuwe product functioneert zoals bedoeld. 3D-printen maakt het voor de ontwerper sneller inzichtelijk om tot nieuwe oplossingen te komen of om de noodzaak van een aanpassing in het ontwerp te kunnen bepalen. Na digitale aanpassing kan deze wederom geprint worden tot een definitieve versie. Deze aanpak wordt al uitgebreid toegepast in sectoren als productie en constructie. 2 Kennismaken met 3D-printen
Inleiding Rapid tooling Rapid tooling is het 3D-printen van aangepaste hulpstukken ter ondersteuning van het productieproces. Dit biedt meer efficiency en snelheid. 3D-printen helpt bij het verbeteren van productiemiddelen en wordt ingezet in productiebedrijven en ingenieursbureaus om gereedschappen, matrijzen en armaturen in kleine oplagen te produceren die kunnen worden gebruikt voor de uiteindelijke productie. Met behulp van rapid tooling kunnen bedrijven een productieproces realiseren dat efficiënter en rendabeler is dan traditionele productieprocessen. Bovendien draagt het 3D-printen van deze onderdelen bij aan een snellere marktintroductie van het eindproduct. Onderdelen voor eindgebruik Met 3D-printen kunnen unieke of seriematige onderdelen voor eindgebruik flexibeler en sneller worden geproduceerd. Het produceren van modellen via conventionele productiemethoden zoals spuitgieten, geeft vaak de beperking dat er tussentijds geen aanpassingen gedaan kunnen worden aan het ontwerp. Dit vanwege de hoge kosten die het met zich meebrengt om een nieuwe en aangepaste metalen spuitgietmatrijs te vervaardigen. Het direct 3D-printen van modellen voor eindgebruik in kunststof of metalen, biedt de fabrikant tijdens de productie de mogelijkheid om tussentijdse aanpassingen te maken aan het ontwerp. Ook kan men met deze technologie unieke gepersonaliseerde producten sneller en goedkoper aanbieden. Hierdoor kan men flexibel opereren en adequater reageren op veranderende eisen van de markt. Kennismaken met 3D-printen 3
Technologie: Wat zijn de volgende stappen Materialen De keuze uit beschikbare technieken is sterk verbonden aan de keuze van het te printen materiaal. En deze is weer gekoppeld aan de toepassing waarvoor het model ontworpen is. Dit in combinatie met specifieke materiaaleigenschappen zoals kleur, stijfheid, flexibiliteit, warmtebestendigheid, smeltpunt en dergelijke. Het selecteren van een geschikt materiaal voor de juiste toepassing is een belangrijke keuze voor een optimaal resultaat. 4 Kennismaken met 3D-printen
Technologie: Wat zijn de volgende stappen Technologie: Wat zijn de volgende stappen? Zodra u het materiaal voor uw toepassing heeft gekozen, is de volgende stap de keuze voor de juiste technologie. Er zijn tegenwoordig een aantal 3Dprintprocessen beschikbaar. We richten ons op drie belangrijke methoden van 3D-printen, te weten MultiJet-printen, ColourJet-printen en Stereolithografie. MultiJet-printen ColorJet-printen Stereolithografie MultiJet-printen (MJP) werkt door zeer kleine kunststof- en waxdruppeltjes naast en op elkaar te spuiten en hierna uit te harden met UV-licht. MJP wordt gebruikt voor het maken van onderdelen, gietmodellen en matrijzen in hoogwaardige duurzame kunststoffen of wax. Door de fijne detaillering kan het gebruikt worden voor een breed scala aan toepassingen. Deze hoge resolutieprinters zijn goedkoop in gebruik, eenvoudig en schoon te bedienen. Een groot voordeel van MJP is dat er voor de nabehandeling bijna geen handwerk nodig is, wat tijd bespaard voor de operator. Bovendien is het mogelijk om ingewikkelde samengestelde modellen met fijne details en interne holtes eenvoudig, zonder enige beschadiging te reinigen. Onderdelen hebben een gladde afwerking en zijn uiterst duurzaam. Ideaal voor: rapid tooling, testen van mechanische interfaces ( form & fit -verificatie), pre-productie gereedschap (als ondersteuning voor unieke projecten of massaproductie) Met ColorJet-printen (CJP) kunnen zeer gedetailleerde modellen in kleur worden geprint. Er wordt een zeer fijn poeder in een dunne laag gelijkmatig verspreid over het bouwplatform. Hierna spuiten inktjet printkoppen een bindmiddel (kleurloos of in cyaan, magenta, geel en zwart) op de plaatsen waar het model moet uitharden. Het bouwplatform zakt na deze stap een stukje omlaag waarna het proces zich herhaald totdat het 3D-kleurenmodel klaar is. Hierna wordt het overtollige poeder weggezogen en gerecycled. Als nabewerking ter versteviging, gladheid en optimaliseren van de kleur, worden de modellen behandelt met een kleurloze coating of hars. Deze modellen zijn heel gedetailleerd maar wel minder duurzaam dan onderdelen gemaakt met MJP of SLA. Ideaal voor: conceptmodellen in wit of kleur, architectuur- en demonstratiemodellen Stereolithografie (SLA) is een printproces waarbij vloeibare kunststoffen worden uitgehard met licht uit laserstralen om zo vaste objecten te vormen. Dankzij de brede keus aan materialen, snelheid en gladde nabewerking is SLA een zeer flexibel proces voor het maken van uiterst gedetailleerde (transparante) functionele prototypen en modellen voor eindgebruik. Hoewel de aanvankelijke investering in SLA per definitie hoger is dan voor MJP, zijn de productiekosten per eenheid laag waardoor dit de ideale technologie is voor massaproductie. Ideaal voor: functionele prototypen, onderdelen voor eindgebruik en massaproductie Kennismaken met 3D-printen 5
Ontwerp workflow Keuze software Voor een succesvolle 3D-printworkflow is het generen van een goed ontwerp cruciaal. Veel van deze functies worden doorgaans uitgevoerd in CADprogramma s maar aanvullende specifieke softwaretools kunnen noodzakelijk zijn. Er zijn tal van softwarepakketten verkrijgbaar om deze processen te verbeteren. De keuze van de juiste software voor uw toepassing is een belangrijke stap om de productiviteit van uw 3Dprocessen te maximaliseren. Ontwerpworkflow Bij het implementeren en maximaliseren van de voordelen van 3D-printen is het van belang rekening te houden met de ontwerpworkflow. Hier ziet u de basis van de ontwerpworkflow: Origineel CAD-bestand Bestand optimalisatie 3D-nesten van bestanden 3D-printen 6 Kennismaken met 3D-printen
Ontwerpworkflow Grootte en onderverdeling Welke technologie u ook gebruikt, de fysieke grootte van het te printen object moet worden meegenomen in de voorbereiding van de printjob. De duur van 3D-printen wordt bepaald door de hoogte van het model vanwege het vereiste aantal aan te brengen lagen. Een printopdracht ter grootte van een voetbal zal bijvoorbeeld altijd langer duren dan het printen van 12 golfballen, ook al wordt daarvoor evenveel materiaal gebruikt. Bovendien moet rekening worden gehouden met het maximale bouwvolume van de printer. Wellicht moet de grootte van het model worden gewijzigd, de oriëntatie aangepast of moet het model worden opgesplitst zodat het in onderdelen kan worden geprint. Tijdens de nabewerking kunnen deze worden samengevoegd. Als u het creatief aanpakt, kunt u hiermee niet alleen objecten printen die groter zijn dan het opbouwvolume van de printer maar ook de printsnelheid vergroten. Gespecialiseerde software voor bestandsvoorbereiding maakt deze manier van werken eenvoudiger. Het proces begint met het 3D-CAD-bestand dat moet worden geprint. Het bestand kan afkomstig zijn van tal van bronnen zoals een 3D-scan of een nieuw CAD-ontwerp. De meeste moderne 3D-CADontwerpsoftwares bieden tools en exportformaten die compatibel zijn met 3D-printsoftware. Voorbereiding van het digitale 3D-bestand is de volgende belangrijke stap. Moet de schaal worden aangepast om het model te kunnen printen? Voor een architectuurmodel kan bijvoorbeeld een aanzienlijke schaalverkleining nodig zijn die invloed kan hebben op de productie van gedetailleerde onderdelen. Is het model massief en kan het worden uitgehold? Vaak is een uitgeholde versie van het model meteen gebruiksklaar, wat tijd en materiaal voor het printen bespaart. Hoewel dit in een CAD-pakket zou kunnen worden uitgevoerd, is het vaak veel verstandiger om voor deze stap speciale software voor de voorbereiding van 3Dbestanden te gebruiken (zie keuze software). De laatste stap is het voorbereiden van de 3D-printjob. Hier worden beslissingen genomen over richting, aantal onderdelen en de positie ervan binnen het volume. Dit noemt men het nesten van bestanden. Daarbij kunnen de volgende vragen aan de orde komen: Kunnen de modellen zodanig worden georiënteerd dat het printen sneller plaatsvindt? Kunnen onderdelen boven elkaar worden opgebouwd om nog efficiënter te printen? Kunnen onderdelen zodanig worden geplaatst dat nabewerking eenvoudiger wordt? Bij elke toepassing is het van belang een geschikte workflow te ontwikkelen met de juiste tools wat de kwaliteit en de productiviteit van 3D-modellen ten goede komt. Kennismaken met 3D-printen 7
Post processing Post processing Na het printen van een 3D-onderdeel zijn er diverse bewerkingen nodig om het item gebruiksklaar te maken. Deze fase van nabewerking, ook wel post processing genoemd, bestaat uit twee hoofdstappen, enerzijds het verwijderen van ondersteuningen (supports) en anderzijds de nabewerking die samen het definitieve uiterlijk en de mechanische prestaties van het geprinte object bepalen. Supports verwijderen en reinigen Nabewerking Support verwijderen en reinigen. Bij alle soorten 3D-printprocessen wordt gebruikgemaakt van supportmateriaal. Dat biedt tal van voordelen, zoals de mogelijkheid om samengestelde, bewegende onderdelen in een en dezelfde opdracht te printen plus de mogelijkheid om objecten op flexibele wijze te stapelen en te oriënteren. De processen voor het verwijderen van supports en reinigen verschillen per technologie. MJP maakt gebruik van was en de supports worden verwijderd door deze weg te smelten in een oven. Bij CJP wordt het overtollige losse poeder binnen de printer weggezogen en gerecycled voor een volgende 3D-print. De restanten verwijderd men met perslucht en een kwastje. Nabewerking. Afhankelijk van de gebruikte technologie zijn er diverse nabewerkingsopties beschikbaar. CJP-modellen kunnen worden ondergedompeld in een vloeistof om zo te impregneren waardoor de sterkte en de kleurdefinitie verbetert. MJP- en SLA-modellen kunnen na het reinigen op talloze manieren worden nabewerkt, waaronder verven, lakken en polijsten om de onderdelen doorzichtig te maken of te verchromen. Bij veel toepassingen waarbij een prototype wordt gebruikt, is er geen nabewerking nodig omdat het geprinte model waar de supports van verwijderd zijn, geschikt is voor het beoogde doel. Zoals bij elk productieproces is het van te voren goed te bepalen wat het doel en het beoogde eindresultaat moet zijn van het 3D-model. Keuze in type nabewerking is namelijk gebonden aan de technologie die u wilt gaan gebruiken. 8 Kennismaken met 3D-printen
Post processing Kennismaken met 3D-printen 9
Laatste overwegingen Laatste overwegingen 10 Kennismaken met 3D-printen
Laatste overwegingen In dit document hebben we een aantal belangrijke aandachtpunten doorgenomen voor degene die met 3D-printen willen beginnen. Een duidelijk beeld van uw te maken toepassing is van groot belang bij het bepalen welke 3D-printtechniek het beste hier bij aansluit. Daarnaast is het ontwikkelen en vaststellen van de ontwerpworkflow en post processing net zo belangrijk als het 3D-printen zelf, aangezien dit direct invloed heeft op het eindproduct. 3D-printen is overal ter wereld voor bedrijven een inovatieve ontwikkeling waarmee zowel productontwikkeling als de productie sneller en effectiever kan worden uitgevoerd. Door u meer inzicht van het proces en de bijbehorende factoren te bieden van CAD-ontwerp tot fysiek product, kunt u de vele voordelen en mogelijkheden van 3D-printen volledig benutten en inzetten binnen uw productie. Neem voor meer informatie of advies contact op met de specialisten van Canon. Zij bespreken graag met u hoe Canon u kan ondersteunen bij uw keuze voor 3D-printing. Kennismaken met 3D-printen 11
Contactgegevens Contactgegevens Meer informatie kunt u vinden op www.canon.nl/3d 12 Kennismaken met 3D-printen
Contactgegevens Implementing 3D Printing 13
Canon Nederland N.V. Brabantlaan 2 5216 TV s-hertogenbosch Tel: 073 681 58 15 Fax: 073 612 06 85 canon.nl/3d