In onze STEIN-serie „Kansen grijpen“ delen we onze kennis over benaderingen die bedrijven kunnen gebruiken om succes op lange termijn te behalen. Additive manufacturing, ook bekend als „3D-printen“, is een van de belangrijkste 4.0 technologieën: Hoe ver is de technologie? Hoe kan het worden gebruikt in steenverwerkende bedrijven en waar liggen de grenzen?
Door de steeds betere printkwaliteit en de dalende prijzen krijgt additive manufacturing (ook bekend als generative manufacturing, rapid prototyping of 3D-printen) steeds meer voet aan de grond in de creatieve sector. Sommige natuursteenverwerkende bedrijven gebruiken al 3D-printers om modellen, sjablonen, monsters of prototypes, afzonderlijke stukken of kleine batches te produceren. Wat kunnen 3D printers nu, welke processen, mogelijkheden en beperkingen zijn er en wanneer zijn 3D printdienstverleners een alternatief?
In tegenstelling tot conventionele fabricage wordt bij additieve fabricageprocessen een werkstuk niet gevormd, gesneden of machinaal bewerkt, maar worden objecten laag voor laag opgebouwd uit een vloeibaar, poederachtig of vast uitgangsmateriaal van kunststof, kunsthars, keramiek, metaal of vele andere materialen met behulp van chemische en/of fysische processen. Objecten van verschillende materialen of kleuren en beweegbare functionele modellen kunnen in één enkele stap worden geproduceerd. De objecten kunnen ook transparant of elastisch zijn. De productiekwaliteit hangt af van de nauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit en dit hangt weer af van de driedimensionale printresolutie in de X-, Y- en vooral Z-richting (laagdikte) van het uitvoerapparaat.
De modelgegevens worden meestal gegenereerd met CAD- en modelleerprogramma’s en soms ook met 3D-scanners. Bijna alles kan worden geprint: Plastic en metalen structuren, maar ook filigraanconstructies of massieve onderdelen van steen of beton – met of zonder versterking van ijzer, glasvezel of textiel, met of zonder toevoeging van gerecyclede materialen. Mechanische of elektrische onderdelen, medische implantaten, schoenen, kledingstukken, juwelen of bespeelbare muziekinstrumenten worden nu op dezelfde manier geprint als voedsel of bewoonbare huizen.
3D-geprinte voorwerpen kunnen onmiddellijk worden aangepast, gewijzigd en geprint. Ze kunnen meerdere keren worden gereproduceerd en zijn voordeliger dan conventioneel gefabriceerde producten in kleine series tot een bepaalde hoeveelheid. Dit geldt met name voor complexe objecten, aangezien de kosteneffectiviteit van additieve productie toeneemt met de complexiteit van de geometrie van het object. 3D-printen is ook duurzamer, omdat alleen het materiaal wordt gebruikt dat nodig is voor het printen, hoewel dit niet altijd milieuvriendelijk is.
Additive manufacturing biedt bijna onbeperkte ontwerp- en constructievrijheid: Zo kunnen bijvoorbeeld objecten met ondersnijdingen, holtes, etc. worden gerealiseerd die met conventionele methoden niet of slechts met veel moeite kunnen worden geproduceerd. Componenten kunnen gedeeltelijk worden voorzien van bepaalde mechanische of thermische eigenschappen zodat krachten en spanningen optimaal worden afgevoerd. Additive manufacturing wordt beperkt door productietijden die geen gelijke tred kunnen houden met massaproductie. De printkosten zijn ook hoog. Hoewel de prijzen momenteel dalen, vooral voor thuisprinters en desktopprinters, zullen de kosten voor high-end printers en printmaterialen (tussen 60 en 400 euro per kilogram) op de middellange termijn nauwelijks veranderen.
Als er speciale eisen worden gesteld aan de oppervlaktekwaliteit, is meestal handmatige of machinale afwerking nodig (frezen, schuren, verven, enz.), omdat de oppervlaktestructuur altijd min of meer ruw is. Filigraan onderdelen moeten een minimale wanddikte hebben (ongeveer één millimeter) omwille van de stabiliteit. Bij bepaalde drukprocessen vereisen uitstekende objectonderdelen een ondersteunende structuur die later moet worden verwijderd.
Lees meer in STEIN 2/2020.