AM Post Processing 3D Geprinte Producten

Bij Powder Bed Fusion is de nabewerking, Post-Processing, heel belangrijk. Delen die geprint zijn met bovenstaande technieken moeten na het printproces nabewerkt worden om tot een eindproduct te komen dat aan de eisen voldoet. Een belangrijke fase in het hele AM proces, alleen al vanwege de kosten die aan deze fase kunnen worden toegerekend.

Afhankelijk van de eisen die worden gesteld aan het eindproduct kunnen die oplopen tot tussen de 20% en 60% van de daadwerkelijke Powder Bed printkosten, MJF, SLS.

Waarom Post-Processing?

Tot op heden wordt er veel aandacht aan het 3D print proces zelf besteed. Maar inmiddels zijn bedrijven er wel achter gekomen dat een goede 3D printer alleen niet tot het gewenste eind resultaat leidt.

Het nabewerken van de geprinte producten is minstens zo belangrijk en bepaalt essentiële product-eigenschappen voor de uiteindelijke toepassing. Om u een beeld te geven: afhankelijk van de eisen die aan het eindproduct worden gesteld kunnen tot 60% van de kosten voor dit eindproduct worden toegeschreven aan de fase van post-processing, nabewerking.

Kern eigenschappen die tijdens de post-processing aan het product worden toegevoegd zijn onder andere: een gladder oppervlak, verdichten van het oppervlak en zelfs het verhogen van de mechanische belastbaarheid. Zoals genoemd, is na het printen van de producten een Post-processing nodig die afhankelijk is van de toegepaste 3D print techniek en de aan het product gestelde eisen.

Additive Manufacturing, beter bekend als 3D-printen, is een geavanceerde technologie die digitale ontwerpen transformeert in tastbare objecten. Het start met het creëren van een driedimensionaal ontwerp met behulp van specifieke software. Dit ontwerp wordt daarna doorgestuurd naar een 3D-printer. De printer bouwt het object op door herhaaldelijk materiaal toe te voegen in dunne lagen. In tegenstelling tot technieken zoals frezen, wordt er bij dit proces geen materiaal verwijderd.

3D-printers werken door laag na laag uiterst fijn materiaal toe te voegen totdat de definitieve vorm van het product bereikt is. Deze techniek stelt ons in staat om ingewikkelde structuren te fabriceren die met traditionele methoden moeilijk te realiseren zijn.

Voordelen van Additive Manufacturing :

• Versnelde productie: 3D-printen overtreft de snelheid van conventionele productiemethoden, doordat er geen noodzaak is voor mallen of ander gereedschap. Dit stelt je in staat om in korte tijd diverse producten te vervaardigen.
• Kostenbesparing: De efficiëntie van 3D-printen in materiaalgebruik en de afwezigheid van extra gereedschap leiden tot lagere kosten dan bij traditionele productiemethoden. Dit maakt het ook haalbaar om kleine series te produceren zonder hoge initiële investeringen.
• Flexibiliteit: De mogelijkheid om ontwerpen snel en eenvoudig te wijzigen met 3D-printen betekent dat je snel kunt inspelen op marktveranderingen of specifieke klantwensen.
• Maatwerk: 3D-printen biedt de mogelijkheid tot gepersonaliseerde productie, waardoor klanten producten kunnen ontvangen die perfect aansluiten bij hun specifieke behoeften.
• Duurzaamheid: 3D-printen kan een milieuvriendelijker alternatief zijn voor conventionele productiemethoden, dankzij minder afvalproductie, beperkte transportbehoeften en de mogelijkheid om gerecyclede materialen te gebruiken.

Additive Manufacturing Technieken

Bij de Additive Manufacturing, of simpelweg 3D printen, van kunststoffen en metalen wordt gebruik gemaakt van verschillende technieken.

Polymeren (kunststoffen)

De meest toegepaste AM technieken voor polymeren zijn:

• PBF: Powder Bed Fusion
• MEX: Material Extrusion
• FFF/FDM: Fused Filament Fabrication
• MJT: Material Jetting
• VPP: Photopolymerization

Op deze website concentreren wij ons op 3D geprinte producten met PBF, Poederbed technieken.  Deze populaire print techniek levert veel mogelijkheden en kansen op. Producten kunnen sneller, efficiënter, met minder materiaal verlies en volgens nieuwe geometrieën worden geproduceerd.

Bij PBF wordt, als het gaat om Polymeren onderscheid gemaakt tussen 2 methoden:

• MJF (Multijet Fusion):

Kleine druppeltjes vloeistof worden lokaal op een laagje polymeer poeder aangebracht. Deze verhogen of verlagen de warmte absorptie van de poeder. Een infrarood bron smelt lokaal het materiaal.

• SLS (Selective Laser Sintering):

Met een bewegende laserstraal wordt polymeer poeder selectief lokaal laag voor laag -gesinterd, en verstevigt daardoor een kruisverband in het object.

Workflow Post-Processing van 3D (Poederbed) geprinte polymeren

• Verwijderen los poeder van de build

De build is het complete materiaal blok dat uit de printer komt. In dit blok zitten de geprinte producten in een poederbed verborgen. Dit poederbed is redelijk hard geworden door de warmtegeleiding van het printen. Maar het print poeder in het omsluitende poederbed is niet beïnvloed en kan met de juiste behandeling worden terug gewonnen uit de build. Aansluitend kan het poeder opnieuw worden gebruikt. Dit is de eerste winst die kan worden behaald met een professionele post-processing.

Technieken die hiervoor worden gebruikt zijn:

• Afzuigen, afblazen, borstelen of trillen of
• Combinatie van bovengenoemde methoden, al dan niet geautomatiseerd of
• Injector stralen

De keuze welke techniek in deze fase wordt gebruikt is afhankelijk van hoe hard het poederbed is. Valt het makkelijk uit elkaar en kunt u dus eenvoudig de producten uit de build halen, dan behoren afzuigen, afblazen, borstelen en trillen tot de mogelijkheden.

Trillen wordt ook gebruikt bij complexe geometrieën waarin nog build poeder verborgen zit dat zeer lastig is te bereiken. Indien er sprake is van een stevig of hard poederbed, dan verdient injector stralen de voorkeur.

• Depowdering

Depowdering, of ontpoederen, is een straalproces waarbij poeder en/of losse delen met behulp van injectorstralen worden verwijderd van het product. Hierbij wordt een speciaal straalmiddel gebruikt. Het type en de maat zijn afhankelijk van het materiaal dat wordt gestraald.

Injector stralen kunt u bijvoorbeeld doen met de speciale cabines van Normfinish®. Al 15+ jaar worden de Normfinish cabines wereldwijd gebruikt voor het schoonmaken van de AM geprinte producten. De Normfinish cabines voor post-processing zijn uitgerust met een cycloon. Herbruikbaar straalmiddel wordt hiermee eenvoudig gescheiden van straalstof en printpoeder. De Normfinish post-processing cabines voldoen aan ATEX classificatie. Het is  belangrijk dat er wordt gecontroleerd dat het print poeder in deze ATEX classificatie valt.

• Oppervlakte verbeteren /Surface finishing:

Na het ontpoederen (depowdering) is het oppervlak van het werkstuk vaak nog meer of minder ruw. Dit is voor lang niet alle eindproducten gewenst. Om de ruwheid te verbeteren en de eigenschappen door verdichting naar een hoger niveau te tillen, zijn verschillende technieken beschikbaar. Hiermee beïnvloedt men ook mechanische eigenschappen.

Veel gebruikte post-processing technieken zijn:

• Shotpeenen
• Chemisch vergladden/Vapor smoothing
• Trommelen
• Impregneren

Andere processen kunnen zijn: Handmatig dompelen, Ultrasoon reinigen, machinale bewerking, kleuren. De ontwikkelingen staan niet stil en er worden steeds meer nieuwe technieken ontwikkeld die er toe zullen leiden dat Additive Manufacturing een steeds belangrijker pijler zal zijn van onze maakindustrie.

• Shotpeenen

Het doel van shotpeenen (ook wel shotblasten genoemd) bij kunststof is vooral gericht op een betere esthetiek. De kunststof oppervlakte krijgt een voelbare gladheid en een zichtbare glans. Door deze bewerking wordt de oppervlakte van het product verdicht en verglad. Met dit proces wordt de ruwheid van het oppervlak verlaagd. De RA- (ruwheids-)waarde neemt flink af. (Dit is mede afhankelijk van het type materiaal, het gebruikte straalmedium en de printer waarin is geprint.)

Hiermee krijgt het meteen ook een goede basis voor eventueel kleuren als volgende finishing stap, omdat de kleur zich gelijkmatiger kan verdelen. Voor het gewenste eindresultaat is het juiste straalmiddel van belang. Een veelgebruikt straalmiddel waar wij goede resultaten mee boeken is Normfinish Beads. De shotpeen behandeling kan worden geautomatiseerd uitgevoerd in een Normfinish nabewerkingscabine van het type Smooth.

 

• Chemisch vergladden/Vapor Smoothing

3D geprinte kunststof onderdelen kunnen ook chemisch verdicht en verglad worden. Deze stap wordt eveneens gedaan voor het verminderen van de porositeit; door deze behandeling sluit het oppervlak zich als het ware en heeft vloeistof geen kans om binnen te dringen. Tegelijkertijd verbetert ook de duurzaamheid en de sterkte van het product, zonder dat het gewicht toeneemt. En als het eindproduct gekleurd wordt is deze behandeling als voor traject zeer geschikt.

De oppervlakte van 3D geprinte, ontpoederde polymeren is ruw, wat een ideale plek is voor verontreiniging om zich aan te hechten. Als het dan ook nog een hoge poreusheids graad heeft, dan wordt de inzetbaarheid van het 3D geprinte product zeer beperkt. Denk bijvoorbeeld aan de toepassing van de producten in de voedingsmiddelen industrie, medische industrie en de luchtvaart industrie, waar hoge eisen worden gesteld aan de producten. Maar ook consumenten producten, zoals bijvoorbeeld een 3D geprinte bril, moet glad en vloeistof dicht zijn. Huidzuren mogen niet in de bril dringen, want dit leidt onmiddellijk tot verkleuring en permanente vervuiling.

AMT PostPro, een Engelse start-up uit Sheffield, heeft een innovatief gepatenteerd proces ontwikkeld op basis van de zogenaamde BLAST technologie (= Boundary Layer Automated Smooting Technology). Het BLAST proces wordt toegepast in de SF-serie van AMT.

Tijdens dit proces wordt er op het geprinte  oppervlak, onder vacuüm, een speciale vloeistof gedampt. Die vloeistof laat als het ware de buitenste laag met pieken en dalen van de 3D print, de pieken in de dalen vloeien. Je brengt dus geen extra laag van een ander materiaal aan, maar je maakt gebruik van het originele print materiaal om het product de verdichten en gladder te maken. Het product blijft maatvast. Als het eindproduct daarna nog gekleurd dient te worden is een behandeling met vapor smoothing een ideale voorbereiding.

Met BLAST wordt het product verdicht (volgens ASTM D638), verglad (volgens ASTM D7127) en wordt vochtopname beperkt. Bovendien wordt het product sterker door de BLAST behandeling. Volgende video toont dit heel mooi aan:  VIDEO AMT
Producten voldoen hierdoor aan de Cytotoxicity (=ISO 10993-10), Skin irritation and sensitisation (=ISO 10993-10) en Antimicrobial testing (=ISO 22196).

Kortom in de gepatenteerde Postpro3D-machine van AMT worden producten met een speciale vloeistof in dampvorm, verglad, verdicht en versterkt.

Leering Hengelo is distributeur van de apparatuur van AMT in de Benelux. Het grote voordeel is dat – zeker in samenspel met de Normfinish-3D serie, relatief gemakkelijk de nabewerking, in deelstappen, geautomatiseerd kan worden. Dit zorgt voor een aanzienlijke reductie van zowel de productietijd als -kosten van 3D-geprinte delen. Het is de ‘ontbrekende schakel’ om in de toekomst tot een volautomatisch proces te komen.

Bovendien kunnen wij in opdracht voor u in ons Normfinish Post-Processing Center, uw producten van een volledige post-processing behandeling voorzien.

• Trommelen

Trommelen, een geavanceerde vorm van glijdend polijsten, is een essentiële techniek in de wereld van oppervlaktebewerking. Deze methode, waarbij kleine schurende steentjes gebruikt worden, is niet alleen effectief maar ook kostenefficiënt.

Trommelen, ook bekend als glijdend polijsten, is een proces waarbij de oppervlakte van onderdelen wordt verfijnd met behulp van schurende steentjes. Deze steentjes bevatten een schuurmiddel en worden ondersteund door water en een reinigingsmiddel, bekend als een compound. Dit mengsel is cruciaal voor het verwijderen van vuil en restmateriaal, en houdt de steentjes in optimale conditie voor het slijpproces.

Deze techniek van afwerking en glansverbetering is bij uitstek geschikt voor zowel kleine als grote productiereeksen. Het verwijdert effectief bramen en polijst onderdelen, wat leidt tot een verbetering van de algehele kwaliteit en een aanzienlijke kostenbesparing.

Leering Hengelo is distributeur van ActOn, een belangrijke producent van trommelapparatuur uit de VK.

• Impregneren

Vaak bevatten 3D geprinte producten porositeiten. Variërend van micro-porositeiten tot  haarscheuren en reguliere porositeiten. Dan kan een impregneer-behandeling met Dichtol interessant zijn. Dichtol is een kant-en-klaar impregneer systeem, bestaande uit een enkel component (polymeer). Dichtol heeft een capillaire werking.

Door een product te dompelen of in te spuiten met Dichtol wordt de luchtdichtheid en vloeistofdichtheid zeer sterk verbeterd.
Leering Hengelo kan proeven voor u uitvoeren om u een idee te geven van de mogelijke resultaten. Indien het resultaat aansluit bij uw eisen, kunt u zonder grote investeringen zelf de Dichtol behandeling uitvoeren.