Zo profiteert FreeFORM van de voordelen van metal binder jetting

Dennie Rijk
08-02-22

In deze klantcase bespreken we FreeFORM Technologies. Het bedrijf uit de Verenigde Staten levert engineering en productiediensten aan klanten in verschillende industrieën. Als een van de eerste servicebureaus kozen zij ervoor om Additive Manufacturing aan te bieden. Zo kunnen zij voor hun klanten sneller en goedkoper metalen onderdelen produceren. 

De uitdaging van FreeFORM Technologies

Er zijn tal van redenen waarom bedrijven investeren in Additive Manufacturing. Bijvoorbeeld het aanbieden van meer mogelijkheden voor klanten of het bijhouden van concurrenten die kansen in 3D printen zien. 

Voor Nate Higgins en Chris Aiello, twee van de oprichters van FreeFORM Technologies, was het een beslissing op basis van ervaring. Samen hebben ze tientallen jaren ervaring met Metal Injection Molding (MIM) - ook wel bekend als metaalspuitgieten. Ze kennen als geen ander de voordelen en uitdagingen van dat proces. 

MIM is ideaal voor het maken van complexe, kleine tot middelgrote onderdelen in enorme hoeveelheden. Miljoenen of miljarden onderdelen per batch is geen uitzondering. Met als resultaat volledig dichte, isotrope onderdelen met uitstekende oppervlakteafwerkingen. Toch zijn er ook uitdagingen. Vooral op het gebied van tooling, zoals de mallen. Het maken van de mallen voor metaalspuitgieten is duur en tijdrovend.

Om een idee te geven: een enkele mal kan meer dan € 35.000 kosten en het duurt acht tot twaalf weken om deze te maken. 

Een ander nadeel is dat je met een mal  beperkingen hebt in de vorm. Niet alle geometrieën zijn mogelijk. Kenmerken zoals uitsnijdingen, roosters, organische vormen en niet-ronde gaten zijn te arbeidsintensief (en dus te duur) om ze te rechtvaardigen. En wil je ze toch, dan is er veel nabewerking nodig. 

Dat moet beter kunnen, dachten Nate en Chris. En dat kan ook! FreeFORM wendde zich tot de binder-jetting technologie van het Desktop Metal P-1 Production System

Waarom het Production System ideaal is

Omdat er geen tooling meer nodig is, helpt het P-1 System FreeFORM om aanzienlijke kostenbesparingen te realiseren. Nog belangrijker is dat het Production System de doorlooptijden enorm verkort - in plaats van weken te wachten op de tooling, worden ontwerpen nu direct naar de printer gestuurd. 

Een mooi voorbeeld is dat FreeFORM een relatief complex medisch onderdeel produceerde voor gebruik bij kleine chirurgische ingrepen. Bij productie van 1000 stuks of meer was de kostprijs slechts € 5,50 per stuk. En de levertijd bedroeg maar iets meer dan twee weken. 

Het produceren van hetzelfde onderdeel met MIM zou resulteren in iets lagere kosten per onderdeel, maar vergde een initiële investering in tooling van meer dan € 35.000. Ook zou het wel drie maanden duren voordat er überhaupt onderdelen  konden worden geproduceerd.

De besparingen in tijd en kosten zijn echter nog maar het begin van de voordelen die het Production System. Doordat je niet vastzit aan een eerder geproduceerde mal, kun je het onderdeel simpel en snel verbeteren door de CAD-ontwerpen bij te werken en naar de printer te sturen. 

FreeFORM doorbreekt haar eerdere productielimieten met de Production System P-1 printer. Ze produceren nu onderdelen voor een breed scala aan toepassingen, van verpakkingen om persoonlijke verzorgingsproducten in te bewaren tot aan medische apparaten. 

Waarom FreeFORM koos voor Desktop Metal

Hoewel de oprichters van FreeFORM uitgebreide ervaring hebben met zowel extrusion als lasergebaseerde metaalprinters, merkten ze op dat beide technologieën uitdagingen hadden. Zo zijn extrusion systemen te traag voor productie in grotere volumes en is lasersinteren erg duur. 

“Met Desktop Metal’s P-1 printer waren we in staat om 100 onderdelen in een enkele build te printen, en dat in minder een uur. We konden een bestelling van 5000 onderdelen binnen twee weken printen. Met een doorlooptijd die 20 keer sneller is dan die van concurrerende systemen, was de P-1 een gamechanger voor de flexibele productie van kleine, complexe onderdelen. Ons Production System biedt ongelofelijke productiviteit en we kijken uit naar de release van de P-50.” 

-- Nate Higgins, CEO, FreeFORM Technologies

Door de ontwikkeling van binder-jetprinters die hoge snelheden combineren met een hoge capaciteit, zoals de P-1 en P-50, waren de oprichters van FreeFORM van mening dat de technologie klaar was voor commercialisering en de productie van veel eindproducten. 

Door de P-1 is FreeFORM veel wendbaarder: onderdelen kunnen snel worden geproduceerd met behulp van een verscheidenheid aan materialen en indien nodig worden gewijzigd. Met de mogelijkheid om een volledige build box in 45 minuten tot één uur te printen, heeft het bedrijf al eens vijf verschillende prints gemaakt in slechts één dag. Tot nu toe heeft FreeFORM geprint met 17-4 en 316L roestvrij staal en hebben ze onderzocht of ze kunnen printen met S7 gereedschapsstaal.

Voorbeelden van producten

medisch onderdeelmedisch onderdeel

Voorbeeld: medische onderdelen

Dit 'pols' onderdeel wordt gebruikt om grijpers vast te houden tijdens minimaal invasieve operaties. Dit onderdeel zou normaal worden gemaakt via MIM vanwege het kleine formaat (slechts 2 gram) en relatief complexe geometrie. 

Met behulp van het P-1 systeem was FreeFORM in staat het onderdeel te produceren met een aanzienlijke besparing in tijd en geld. De eerste proefrun van het bedrijf - slechts 50 onderdelen - werd in minder dan tien dagen aan de klant geleverd en het duurde slechts 15 dagen om het aantal op te voeren tot 1000 stuks. Ter vergelijking: de productie van dit onderdeel met spuitgieten zou een doorlooptijd van 12 weken vergen en meer dan € 35.000 kosten aan gereedschappen, bemonstering en inspectie - allemaal vóór er een enkel onderdeel kan worden geproduceerd. 

Meer weten over de P-1?

Met de P-1 kan je toepassingen valideren voordat je start met massaproductie.

Naar de productpagina

Naast het verminderen van de kosten en de doorlooptijden, hielp het printen van de onderdelen het sinterproces te  vereenvoudigen. Omdat de onderdelen ondersteuning nodig hebben tijdens het sinteren, raadde FreeFORM hun klanten aan om keramische steunen te kopen zodra de onderdelen in productie gingen, in plaats van ondersteuningen te printen die nadien zouden moeten worden weggegooid. 

Met behulp van het P-1 systeem heeft het bedrijf echter de flexibiliteit om die supportstructuren in de vroege stadia van de ontwikkeling van het onderdeel te printen, in plaats van duizenden dollars uit te geven en weken te wachten op de keramische steunen voordat er gestart kan worden met massaproductie.

Machine onderdelen

Machine onderdelenVoorbeelden: machine onderdelen

Deze twee onderdelen zijn belangrijke componenten om grote industriële machines fijn af te stemmen. Er loopt een cilinder op een roterende as van de bovenste knop door de gleuf van het onderste onderdeel, waardoor de operator de bediening van de machine goed onder controle heeft. 

In het verleden werden deze onderdelen machinaal gemaakt. Toen de leverancier van de klant weigerde zijn prijs te verlagen naarmate de volumes toenamen, schakelde de klant over op 3D-printen, wat een besparing van ongeveer 15% opleverde. 

De mogelijkheid om hogere volumes te printen betekent dat FreeFORM ongeveer 300 knoppen en 150 roterende cilinders per build kan maken.

onderdeel van sleuteldupliceermachineVoorbeeld: onderdeel van sleutel dupliceermachine

Dit onderdeel wordt gebruikt om een blanco sleutel uit te lijnen met het snijgereedschap van een sleutel dupliceermachine. Het onderdeel werd in het verleden gemaakt met spuitgieten. Toen de vraag naar het onderdeel daalde, werden de traditionele productiekosten moeilijker om te rechtvaardigen, dus wendde de klant zich tot 3D-metaalprinten om de kosten te drukken en de doorlooptijden te verkorten. 

Vanwege de relatief lage vraag naar deze onderdelen, verwacht FreeFORM er ongeveer 500 per jaar te printen. Het handige aan printen is dat deze productiemethode de noodzaak van inventaris elimineert. De klant kan onderdelen op aanvraag laten printen wanneer ze nodig zijn.

vergrendelingVoorbeeld: vergrendeling

Alhoewel deze onderdelen machinaal kunnen worden bewerkt, is het voor FreeFORM aanzienlijk goedkoper om deze vergrendelingen te printen met het P-1 systeem. 

Dankzij de build box van 200 x 100 x 40 mm kunnen bijna 500 onderdelen in één keer worden geprint, waardoor het bedrijf de kosten per onderdeel aanzienlijk kan verlagen. 

Ook betekent het gereedschapsvrije karakter van 3D-printen dat FreeFORM het ontwerp van de grendel gemakkelijk kan wijzigen zonder de vertragingen en de kosten die gepaard gaan met het produceren van nieuwe tools en mallen. 

prototype van consumentenproductVoorbeeld: prototype van consumentenproduct

Dit prototype met een uniek ontwerp werd gemaakt voor een klant die geïnteresseerd is in het verkennen van de voordelen van 3D-printen. Na het printen ondergaat het onderdeel machinale bewerking waarin de buitendiameter passend wordt geslepen. 

FreeFORM printte aanvankelijk ongeveer 50 onderdelen als een proefrun en verwacht jaarlijks maar liefst 1000 onderdelen te produceren, tegen een kostprijs van € 8,50 per stuk. Hoewel de kosten per onderdeel met MIM lager zouden zijn, omvatten die kosten niet de doorlooptijd en de kosten van gereedschap. Daarnaast kan het tot twaalf weken duren om het gereedschap te produceren en kan dit € 17.500 of meer kosten.

Ervaringen met het printen met het Production System

Voor FreeFORM heeft het P-1 systeem bewezen een krachtig hulpmiddel te zijn, dat het bedrijf helpt om snel te reageren op de behoeften van klanten door bestellingen voor onderdelen te verwerken in een fractie van de tijd die nodig is voor traditionele productie. 

Bovendien helpt het systeem FreeFORM om nieuwe klanten binnen te halen die geïnteresseerd zijn in het produceren van onderdelen in lagere volumes, die de kosten van metaalspuitgieten niet kunnen rechtvaardigen. 

Met de mogelijkheid om snel en zonder gereedschap zeer complexe onderdelen te maken, helpt het systeem FreeFORM zich te positioneren als leider in Additive Manufacturing en als go-to partner voor geavanceerde productie van onderdelen. 

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