5 apr. 2021
3 minuten
Onderzoekers van de USC Viterbi School of Engineering (VS) hebben een goedkoop dynamisch gestuurd oppervlak voor 3D-printers ontwikkeld dat afval vermindert en tijd bespaart.
3D-printen heeft het potentieel om het ontwerp en de fabricage van producten op een groot aantal gebieden radicaal te veranderen – van op maat gemaakte componenten voor consumentenproducten tot 3D-geprinte tandheelkundige producten en bot- en medische implantaten. Het proces zorgt echter ook voor een grote hoeveelheid duur en niet-duurzaam afval en kost veel tijd, wat het moeilijk maakt om 3D-printen op grote schaal te implementeren.
Elke keer dat een 3D-printer objecten produceert met een lastige, instabiele vorm, moet hij ook supports printen die het object in evenwicht brengen tijdens het productieproces. Deze steunen moeten handmatig worden verwijderd, waarna het product ook weer met de hand moet worden afgewerkt. Dit kan leiden tot onnauwkeurigheden in de vorm of oppervlaktekwaliteit. De materialen waarvan de steunen zijn gemaakt, kunnen bovendien vaak niet worden hergebruikt en worden daarom weggegooid, wat bijdraagt aan het groeiende probleem van 3D-geprint afvalmateriaal.
De onderzoekers hebben nu een goedkope herbruikbare ondersteuningsmethode ontwikkeld. Het werk, geleid door Yong Chen, hoogleraar industriële en systeemtechniek en promovendus Yang Xu, is gepubliceerd in Additive Manufacturing.
Het prototype maakt gebruik van een programmeerbaar, dynamisch gestuurd oppervlak van beweegbare metalen pinnen die de geprinte steunen vervangen. De pinnen gaan omhoog naarmate de printer het product geleidelijk opbouwt. Chen zegt dat tests hebben aangetoond dat ze ongeveer 35% materiaal besparen.
Lees ook: Ford en HP maken auto-onderdelen van 3D-printafval
"Ik werk met biomedische artsen die 3D-printen met biomaterialen om weefsels of organen te bouwen," zei Chen. "Veel van het materiaal dat ze gebruiken is erg duur. We hebben het hier over kleine flesjes die tussen de 500 en 1000 dollar per stuk kosten. Voor standaard FDM-printers zijn de materiaalkosten ongeveer 50 dollar per kilogram, maar voor bioprinting is het meer 50 dollar per gram. Dus als we 30% materiaal kunnen besparen, scheelt dat een hoop geld."
Naast de milieu- en kosteneffecten van materiaalverspilling, zijn traditionele 3D-printprocessen met behulp van ondersteuningen ook tijdrovend. "Wanneer je complexe vormen wilt 3D-printen, bouw je de helft van de tijd de onderdelen die je nodig hebt, de andere helft van de tijd bouw je aan de steunen. Met dit systeem besparen we ongeveer 40% van de tijd."
Volgens Chen waren vergelijkbare prototypes die in het verleden zijn ontwikkeld, afhankelijk van individuele motoren om elk van de mechanische steunen omhoog te brengen, wat resulteerde in zeer energie-intensieve producten die ook veel duurder waren in aanschaf en dus niet rendabel voor 3D-printers. "Als je 100 bewegende pinnen had en de kosten van elke motor ongeveer 10 dollar bedragen, is het hele ding 1.000 dollar, plus 25 besturingspanelen om 100 verschillende motoren aan te sturen. Het hele ding zou ruim 10.000 dollar kosten."
Eén enkele motor
Het nieuwe prototype werkt door alle individuele steunen aan te drijven met een enkele motor die een platform beweegt. Het platform tilt tegelijkertijd groepen metalen pinnen op, waardoor het een kosteneffectieve oplossing is. Op basis van het productontwerp zou de software de gebruiker vertellen waar hij een reeks metalen buizen in de basis van het platform moet plaatsen. De positie van deze buizen zou dan bepalen welke pinnen naar welke hoogtes stijgen om het product het beste te ondersteunen, terwijl er ook zo min mogelijk verspilling door geprinte dragers ontstaat. Aan het einde van het proces kunnen de pinnen worden verwijderd zonder het product te beschadigen.
Chen zei dat het systeem ook gemakkelijk kan worden aangepast voor grootschalige productie, zoals in de automobiel-, lucht- en ruimtevaart- en jachtindustrie. Het team heeft een patent aangevraagd.
Anderen lazen ook
