De productie via 3D-printing van grote hoeveelheden kunststof componenten is tijdrovend. Onderzoekers van het Fraunhofer Instituut voor Gereedschapsmachines en Vormtechniek (IWU) hebben nu de zogenoemde Screw Extrusion Additive Manufacturing ontwikkeld, een combinatie tussen extrusie en 3D-printing die acht keer sneller is dan conventioneel 3D-printen, zo claimt Fraunhofer.

3D-printers worden vaak gebruikt op beurzen: ze printen laag voor laag kleine souvenirs van gesmolten plastic. Het kan tot een uur duren om zo'n souvenir in zakformaat te produceren. Dit proces verloopt veel te traag om componenten in grote series te kunnen produceren zoals de automobielindustrie dat nodig heeft. Een systeem van het Fraunhofer Instituut voor Gereedschapsmachines en Vormtechniek (IWU) in Chemnitz verandert dit en brengt 3D-printing naar een nieuw niveau: de productie van een dertig centimeter hoge kunststof component duurt maar achttien minuten. Een onderzoeksteam van IWU heeft het systeem ontwikkeld voor additive manufacturing voor grote hoeveelheden veerkrachtige kunststof componenten. Zowel fabrikanten van gereedschappen als de automobiel- en luchtvaartindustrie profiteren van de nieuwe 3D-printer die de processnelheid met de factor acht verhoogt door gebruik te maken van Screw Extrusion Additive Manufacturing (SEAM).

Combinatie met 3D-print

 "Door machinetechnologie te combineren met 3D-print bereiken we de hoge snelheden", zegt wetenschapper Martin Kausch van Fraunhofer IWU. Voor de verwerking van de kunststof gebruiken de onderzoekers een speciaal ontworpen unit die het granulaat smelt en met een hoge outputsnelheid toepasbaar maakt voor de 3D-printer. Deze unit werd geïnstalleerd boven de machineconstructie dat op zes assen kan worden gezwenkt zoals een CNC-machine dat kan. "Deze combinatie is tot nu toe uniek", weet Kausch. De hete kunststof wordt in lagen op het bouwplatform gedeponeerd. Het bewegingssysteem van de machine zorgt ervoor dat het constructiepaneel onder de sproeier glijdt zodat de vooraf geprogrammeerde component vorm wordt geproduceerd. De tafel kan met een snelheid van één meter per seconde in de X-, Y- en Z-as worden verplaatst en tot 45 graden worden gekanteld. "Dit stelt ons in staat acht keer sneller te printen dan conventionele processen. De productietijden van kunststof componenten kunnen zo enorm worden verkort."

Goedkope grondstoffen

Elk uur wordt tot zeven kilogram plastic door het hete mondstuk met een diameter van één millimeter geperst. De vergelijkbare 3D-printprocessen Fused Deposition Modeling (FDM) of Fused Filament Modeling (FFM) bereiken meestal maar vijftig gram plastic per uur. Het bijzondere kenmerk: in plaats van dure FLM-filamenten, verwerkt het nieuwe systeem vrijstromend, laaggeprijsd standaard kunststofgranulaat tot veerkrachtige, vezelversterkte componenten van enkele meters groot. Op deze manier kunnen de materiaalkosten met een factor tweehonderd worden verlaagd.

Complexe geometrieën

Met SEAM kunnen de onderzoekers complexe geometrieën implementeren zonder ondersteunende structuren. Het hoogtepunt is dat het met het nieuwe systeem zelfs mogelijk is bestaande spuitgietcomponenten te 3D-printen. "Omdat ons bouwplatform draaibaar is, zijn we in staat gebogen constructies met een afzonderlijk bewegende Z-as te printen", aldus Kausch. "We konden een grote verscheidenheid aan kunststoffen in tests te verwerken. Dit varieert van thermoplastische elastomeren tot hoogwaardige kunststoffen met veertig procent koolstofvezel. Dit zijn materialen die bijzonder relevant zijn voor de industrie en die niet kunnen worden verwerkt met conventionele 3D-printers."

www.iwu.fraunhofer.de