3D printenFormatec Ceramics print 3D technisch keramiek

Als je technisch keramiek 3D kunt printen in plaats van spuitgieten, bespaar je doorlooptijd en matrijskosten. Maar je kunt de componenten ook nieuwe features meegeven, die bij spuitgieten of frezen – het alternatief bij lage aantallen – ondenkbaar zijn. Het Brabantse Formatec Ceramics heeft het 3D printen van keramiek zover ontwikkeld, dat men ermee de markt op gaat. De oorspronkelijke DLP-technologie is daarvoor doorontwikkeld en laat fijnere detailleringen toe.

[quote align=”center” color=”#999999″]

3D printen van keramiek: fantasie bepaalt uiteindelijk de grenzen

[/quote]

[dropcap type=”circle” color=#ffffff background=#f16236]F[/dropcap]ormatec Ceramics produceert keramische componenten. Bijna 90 procent van de omzet wordt geëxporteerd, binnen Europa. Sinds de start in 1996 heeft het bedrijf sterk ingezet op eigen R&D. “Van onze totale ploeg van 25 medewerkers houdt anderhalve fte zich bezig met onderzoek, naast de relatief grote engineeringafdeling”, zegt Michiel de Bruijcker, directeur. Een 1400 m2 grote hal is volledig beschikbaar voor het onderzoekswerk ten behoeve van de gereedschapmakerij. Deze strategie heeft het bedrijf geen windeieren gelegd. Ruim tien jaar geleden kreeg men een eerste order voor het zelf ontwikkelde spuitgietprocedé, de nozzle voor de Senseo Crema. Nu heeft Formatec Ceramics de volgende stap gezet: het 3D printen van technisch keramiek.

Waarom 3D printen
De reden om de 3D printtechnologie te ontwikkelen schuilt niet alleen in zaken als doorlooptijd en matrijskosten, twee aspecten waar je bij het spuitgieten van keramiek terdege rekening mee moet houden. Immers: bij seriegroottes kleiner dan 100 tot 150 stuks is het efficiënter om ze te frezen en slijpen op een 5-assige machine. “Je kunt dan complexe vormen maken, hebt geen matrijskosten en doorlooptijden zijn korter”, zegt De Bruijcker hierover. Printen is bij prototypes echter goedkoper dan het relatief dure slijpproces. Je hebt in deze fase bovendien nog alle vrijheid het design aan te passen omdat je direct vanuit het 3D CAD-model print. De grote winst voor deze technologie zit echter eveneens in de serieproductie. Je hebt dan een grotere vormvrijheid, bijvoorbeeld doordat je koelkanalen in de keramische matrijsinserts kunt aanbrengen. Standtijden van dergelijke gereedschappen zijn langer. Ook ondersnijdingen zijn geen probleem voor 3D printen evenals dunne wanden en foam-achtige structuren. “We willen hiermee functionele delen gaan printen die de eigenschappen hebben van spuitgietdelen”, aldus Michiel de Bruijcker.

Nieuwe technologie
Formatec Ceramics gebruikte voor het 3D printen van keramiek de DLP-technologie (Digital Light Processing). Bij de ontwikkeling heeft het bedrijf nauw samengewerkt met Lithoz in Wenen, een spin off van de technische universiteit in de Oostenrijkse hoofdstad dat zelf ook een 3D printer voor technisch keramiek heeft gebouwd. De ontwikkelingen volgen elkaar snel op, voortschrijdende inzichten hebben geleid tot de ADMAFLEX® technologie. Bij de DLP-technologie stuurt een lichtbron met behulp van ‘minispiegels’ het licht in een bak met fotopolymeer, een hars gevuld met keramiek. Het polymeer reageert op licht en zo wordt het product opgebouwd. Dat gebeurt in laagdiktes van 30 tot 50 µm. Afhankelijk van de resolutie van de beamer, haalt men een resolutie van 40 µm in het X- en Y-vlak. De opbouwsnelheid bedraagt 2,5 mm per uur. De samenwerking tussen Formatec en ECN heeft inmiddels geleid tot een verdere technologie-ontwikkeling. “We hebben verschillende veranderingen doorgevoerd. Op dit moment spreken wij van de ADMAFLEX® technologie”, zegt De Bruijcker. De huidige DLP systemen zijn qua maximaal werkvlak beperkt door de resolutie van de DLP-chip. De nieuwe generatie Formatec printer heeft een oppervlak van 80 x 80 x 150 mm. Tevens is het bekende ‘sticky’ probleem opgelost, dit is het plakken van de uitgeharde laag aan het projectievlak. Nu is het mogelijk om zeer fijne details zoals dunne wanden van 0,2 mm te printen. Deze machine ontwikkeling in combinatie met de ontwikkeling van nieuwe en goedkopere fotogevoelige harsen geven een prima uitgangspositie om deze technologie als productie alternatief te positioneren. De laatste verbetering richt zich op de proces snelheid. Met behoud van precisie is het op dit moment mogelijk om 4 tot 5 mm per uur te kunnen printen. Na het printen wordt het polymeer verwijderd en het product daarna gesintered om het de definitieve eigenschappen mee te geven.

Designers uitdagen
Hoewel Michiel de Bruijcker enthousiast is over de resultaten tot nog toe, wil hij niet nu al zeggen dat de ADMAFLEX®-technologie de beste manier is om keramiek te printen. “De toekomst is wellicht aan een combinatie met laser. Dan tast je met de laser nauwkeurig het contour af waarna je de ADMAFLEX ®-technologie inzet voor het invullen van de vorm.” Formatec wil de komende tijd niet alleen de techniek doorontwikkelen maar ook samen met klanten de eerste applicaties ontwikkelen. Momenteel is het proces nog beperkt inzetbaar, omdat je slechts een klein aantal keramische materialen kunt printen en het een langzaam proces is. “De uitdaging voor ons is om de designers te overtuigen zodat ze anders gaan denken over productontwerp. Eigenlijk is nu alleen de fantasie nog de begrenzing die er geldt.

Meer informatie

Formatec Ceramics