3D metaalprinten, Desktop Metal | 5 min Leestijd

De voordelen van binder jetting met het Shop System

Dennie Rijk
07-06-22

De eerste van een driedelige serie waarin de voordelen, prestaties en kostenbesparingen van het Shop System worden onderzocht.

Het Shop System is 's werelds eerste binder jetting systeem ontworpen voor machinewerkplaatsen om (complexe) metalen onderdelen te maken. Het systeem biedt een ongeëvenaarde productiviteit met een superieure printkwaliteit, waarbij de toegankelijkheid tijdens het gehele proces op een hoog niveau blijft.

De binder jetting-technologie die aan de basis ligt van het Shop System biedt fabrikanten tal van voordelen. In deze blog focussen we op zowel proces- als productinnovaties. 

Procesinnovaties

Net als andere 3D-printmethoden vereist binder jetting geen tooling. Dit betekent dat onderdelen vaak sneller en betaalbaarder kunnen worden geproduceerd dan met conventionele productieprocessen. Maar in tegenstelling tot oudere 3D-printtechnologieën voor metaal zoals DMLS, SLS, SLM en EBM, kunnen deze onderdelen met binder jetting in grote volumes worden geproduceerd.

Zodra het ontwerp klaar is, kan het printen beginnen en kunnen honderden onderdelen in één nacht worden geprint. Dit in tegenstelling tot weken wachten op de fabricage van harde gereedschappen, iets wat gebruikelijk is bij traditionele fabricagemethoden.

Omdat de fabricage niet gebonden is aan een bepaald gereedschap, vereenvoudigt binder jetting het proces ontwerpwijzigingen aanzienlijk. Je kunt eenvoudigweg het CAD-bestand bijwerken en de nieuwe ontwerpen naar de printer sturen. Die mogelijkheid om ontwerpen naar behoefte aan te passen, biedt een ongekende ontwerpvrijheid.

Ook wordt het mogelijk om de prestaties van producten te verbeteren middels gespecialiseerde ontwerpen die precies kunnen worden afgestemd op de behoeften van de eindgebruiker.

Dit gereedschapsloze productieproces leidt tot een zeer flexibele productieomgeving, waardoor vaak minder opslagruimte en voorraden nodig zijn. Fabrikanten printen de onderdelen simpelweg snel wanneer ze die nodig hebben, en hoeven oude gereedschappen niet langer voor onbepaalde tijd op te slaan voor het geval ze nodig zijn. In plaats hiervan kunnen ze "digitale magazijnen" creëren om onderdeelbestanden op te slaan, en deze oproepen en printen wanneer nodig.

Meer weten over het Shop System?

Ontdek de mogelijkheden van binder jetting

Meer informatie

Procesinnovatie met 3D metaalprinten

Cosmetisch ornament

Shop System cosmetic ornament

De complexe ontwerpen en organische vormen in sieraden maken het een uitstekende toepassing voor 3D-printen in metaal, omdat ze vaak moeilijk via traditionele productiemethoden te produceren zijn.

Gieten middels verlorenwasmethode vereist aanzienlijke uitgaven aan tooling en beperkt ontwerpers al vroeg in het proces tot het kiezen van één enkel ontwerp.

Wanneer verschillende maten nodig zijn voor bijvoorbeeld ringen of armbanden, is voor elke maat nieuw gereedschap nodig. Hierdoor kunnen de kosten voor onderdelen en de logistieke uitdagingen fors toenemen.

3D metaal printen lost deze uitdagingen op. Dankzij 3D printen kunnen complexe geometrieën efficiënt en betaalbaar in diverse afmetingen worden geproduceerd. Voor het printen zijn geen gereedschappen nodig, zodat verschillende maten en ontwerpen eenvoudig kunnen worden vervaardigd.

Pas simpelweg het CAD-model aan en start nagenoeg onmiddellijk met printen.

Ornamenten kunnen cosmetische producten naar een hoger niveau tillen, door ze met unieke designelementen te onderscheiden en een merk zo meer prestige te geven. Dit ornament is voorzien van een bal die is ingekapseld in het midden van de buitenste behuizing. Het ontwerp is niet te produceren met traditionele productietechnieken, maar met het Shop System is het een fluitje van een cent. 

Lees meer over het 3D printen van juwelen in de klantcase van EAC Ornaments >>

Productinnovatie met 3D metaalprinten

Om ervoor te zorgen dat onderdelen efficiënt en betaalbaar kunnen worden geproduceerd, worden in traditionele productieontwerpen vaak beperkingen opgelegd om de productie te vergemakkelijken. Dergelijke beperkingen zijn noodzakelijk om het succes van het onderdeel, de winstgevendheid en de doorloopsnelheid te garanderen voor subtractieve methoden zoals verspanen en op hard gereedschap gebaseerde fabricagemethoden zoals MIM en gieten.

Een veel voorkomende toepassing waar de beperkingen van traditionele fabricage zichtbaar worden, vindt men bij het verspanen. Hoewel ontwerpers misschien nieuwe functies aan onderdelen willen toevoegen, resulteert dit een langere bewerkingstijd en vaak flink hogere kosten.

Andere traditionele fabricagemethoden - zoals MIM, gieten of smeden - worden met soortgelijke uitdagingen geconfronteerd; nieuwe elementen betekenen een aanzienlijke toename in complexiteit en kosten van het gereedschap, en kunnen het zelfs onmogelijk maken om onderdelen te produceren.

Door het beperken van de functies die een onderdeel kan vervullen, krijgen fabrikanten ontwerpen die weliswaar gemakkelijk te produceren zijn, maar vaak ten koste gaan van de prestaties van het onderdeel.

In tegenstelling tot deze traditionele fabricageprocessen worden bij 3D-printen onderdelen laag voor laag worden opgebouwd. Dit maakt het mogelijk om veel elementen te creëren, zoals organische vormen, ondersnijdingen, niet-ronde gaten, geconsolideerde assemblages en lichtgewicht elementen zoals vakwerken. 

Dergelijke kenmerken kunnen naadloos worden geïntegreerd in binderjet-onderdelen, en verlagen vaak de productiekosten van de onderdelen. Lichtgewichtelementen met open structuren vragen bijvoorbeeld minder materiaal, waardoor de kosten van geprinte onderdelen afnemen. Bij traditioneel gefabriceerde onderdelen gaat een dergelijke open structuur door het grotere aantal spiluren bij verspanen juist gepaard met hogere kosten. Dit is ook het geval bij MIM of gieten, waar de complexiteit van het gereedschap toeneemt.

3D geprinte sensorhouder

Shop System sensor holder

  • Omvang: 44 x 44 x 13 mm
  • Kosten/onderdeel: € 7,37
  • Onderdeel/build: 251
  • Onderdelen/week: 1.766

Kostprijsberekening bij productie met een 16L Shop System zonder setters

Dit onderdeel wordt gebruikt om sensoren op hun plaats te houden terwijl ze voortdurend metingen verrichten aan een roterend onderdeel.

Het was essentieel om het gewicht van dit onderdeel zo laag mogelijk te houden, zodat het geen extra gewicht zou toevoegen aan de roterende motor.

Door te printen met het Shop System kon dit onderdeel geoptimaliseerd worden met zes dunne flenzen. Hierdoor konden zowel de massa als de voetafdruk aanzienlijk omlaag in vergelijking met een verspaand onderdeel.

Bij het printen werd de gyroïdevulling in het hele onderdeel geïntegreerd, waardoor het gewicht nog verder werd gereduceerd, terwijl de stijfheid en sterkte behouden bleven.

Dankzij de snelheid en de lage kostprijs per onderdeel van het Shop System kon dit geoptimaliseerde ontwerp betaalbaar in volume worden geproduceerd voor de eindtoepassing.

Additive Manufacturing maakt ook assemblageconsolidatie mogelijk. Dit is het combineren van meerdere onderdelen tot minder, multifunctionele assemblages. Traditioneel worden deze assemblages gemaakt van relatief eenvoudige onderdelen, die veel efficiënter en betaalbaarder kunnen worden vervaardigd dan een enkel complex onderdeel. Die eenvoudige onderdelen worden dan gecombineerd met lassen, schroeven, klinknagels en andere bevestigingsmiddelen.

Binder jetting maakt het gemakkelijk om alle onderdelen van een assemblage te combineren tot één enkel geprint onderdeel, dat vaak goedkoper te produceren is dan de afzonderlijke onderdelen. Deze geconsolideerde assemblages kunnen de logistiek sterk vereenvoudigen door het aantal onderdelen in de BOM te verminderen die moeten worden ingekocht, opgeslagen, geassembleerd, enz.

3D geprinte connector

Shop System connector

  • Omvang (mm): 70 x 53 x 31 mm
  • Kosten/onderdeel: € 5,52
  • Onderdelen/build: 410
  • Onderdelen/week: 3.170

Kostprijsberekening bij productie met een 16L Shop System zonder setters

Deze vloeistofconnector heeft een complexe geometrie, met inbegrip van interne kanalen, waardoor hij als een uit meerdere delen bestaand geheel zou moeten worden geproduceerd, in plaats van als één enkel onderdeel.

Het printen maakte het echter gemakkelijk om dit onderdeel als één enkel onderdeel te produceren en resulteerde ook in hogere prestaties dan het traditioneel vervaardigde alternatief, terwijl tegelijkertijd de kosten van het onderdeel en de productietijd werden teruggebracht.

Een groot aantal andere kenmerken - zoals vakwerken, generatief ontwerp en interne kanalen - die met traditionele productiemethoden onmogelijk te realiseren zouden zijn, kunnen eenvoudig in 3D worden geprint.

Hoewel het al geruime tijd mogelijk was om deze kenmerken in geprinte onderdelen te verwerken via poederbedfusie, waren de meeste toepassingen over het algemeen te duur om het printen in zeer kleine hoeveelheden te rechtvaardigen. Met de opkomst van nieuwe binder jetting-systemen met meer gebruiksgemak en lagere onderdeelkosten, zoals het Desktop Metal Shop System, is het nu mogelijk om deze onderdelen in grotere volumes te produceren tegen lagere kosten per onderdeel. Dit verlaagt de drempel om 3D-geprinte metalen onderdelen te rechtvaardigen aanzienlijk.

Vond je dit artikel interessant?

Krijg de nieuwste blogs direct in je mailbox door je hieronder in te schrijven.
Je geeft toestemming aan Layertec om je ingediende persoonlijke informatie op te slaan en te verwerken om je van de gevraagde informatie te voorzien.

Dennie Rijk
Dennie volgt alle ontwikkelingen op gebied van 3D printen op de voet. Hij is de ideale gesprekspartner voor bedrijven die zich oriënteren op 3D printen en vertelt met veel enthousiasme over mogelijke toepassingen.

Ook interessant voor u