Delen van Rapid Prototyping-technologieën in CNC-productie.
Misschien probeer je als fabrikant te bepalen welke rapid prototyping-techniek het beste zou werken voor jouw bedrijf en jouw product. Hier zullen we de meest populaire technieken opsommen en het proces dat elke techniek gebruikt. We zullen ook de voordelen en nadelen van elke techniek opnemen.
De 4 belangrijkste soorten rapid prototyping zijn stereolithografie (SLA), selectief lasersinteren (SLS) of selectief lasersmelten (SLM) en fused deposition modeling (FDM). Elk type heeft zijn eigen proces en voordelen.
Het basisproces
Het basisproces van rapid prototyping-technieken is het gebruik van een CAD-bestandmodel dat door software wordt verdeeld in een stapel dunne plakjes. Met deze gegevens voegt een 3D-printer het gekozen materiaal toe om het originele product na te maken. Dit proces is een additief proces, in tegenstelling tot de traditionele subtractieve processen van machinale bewerking1. Elk type rapid prototyping-technologie gebruikt een versie van dit basisproces. Dit type prototyping produceert onderdelen kostenefficiënter, zonder de noodzaak van speciaal gereedschap en met een groter scala aan ontwerpen dan traditionele methoden van prototyping.
Het basisproces van rapid prototyping-technieken
Stereo Lithografie sla
Selectief Lasersinteren
Selectief lasersinteren, of SLS, is in het midden van de jaren 80 ontwikkeld vanuit een overheidsprogramma. Sinteren is een proces waarbij poedervormig/korrelig plastic of metaal wordt samengevoegd met behulp van druk en/of warmte. Dit proces creëert een sterk, vast object dat vervaardigbaar is. SLS vereist geen ondersteuning zoals SLA. Dit is een groot voordeel van SLS, omdat de ontwerper niet beperkt is tot bepaalde ontwerpvereisten. Een ander voordeel is dat er geen speciaal gereedschap of matrijzen hoeven te worden gemaakt om de onderdelen te vervaardigen, wat helpt om de kosten van het produceren van het onderdeel met SLS in evenwicht te brengen. Met een CAD-bestand en SLS kan een onderdeel binnen een dag worden geproduceerd, waardoor deze rapid prototyping-techniek perfect is voor het produceren van levensvatbare prototypes, onderdelen met complexe ontwerpen en afzonderlijke stukken3.
Selectief Lasersinteren
Fused Deposition Modeling
Net als bij de vorige methoden van prototyping, werd fused deposition modeling, of FDM, in de jaren 80 ontwikkeld. Deze methode is degene waar de meeste mensen bekend mee zijn. Deze techniek maakt gebruik van een spoel plastic of metaal die via een spuitmond in een laagpatroon wordt verdeeld om een object te produceren. Dit type 3D-printen maakt het proces gemakkelijker en goedkoper, met kleinere machines en verschillende soorten printmaterialen. Hoewel de spuitmond ontwerpdetails kan beperken, voegt de mogelijkheid om meer dan één type printmateriaal te gebruiken veelzijdigheid toe aan de ontwerpmogelijkheden. Hoewel het produceren van grote hoeveelheden met dit proces momenteel niet van toepassing is, is dit type rapid prototyping-techniek goed voor het snel produceren van kleine hoeveelheden onderdelen tegen een effectieve kostprijs3.
Fused Deposition Modeling
Selectief Lasersmelten
Selectief lasersmelten, of SLM, gebruikt een CAD-tekening om een object te creëren met geprinte 2D-lagen metaal, waarbij zowel sinteren als lassen worden gebruikt om een volledig dicht onderdeel te creëren. Dit is een populaire rapid prototyping-techniek omdat complexe ontwerpen en interne aspecten die het gewicht verminderen en de sterkte verhogen snel en efficiënt kunnen worden bereikt. Deze rapid prototyping-techniek is populair in de automobiel-, medische en lucht- en ruimtevaartindustrie3.
Stereolithografie
De meeste 3D-prototypingtechnieken zijn in de jaren 80 begonnen toen Hideo Koyama het proces creëerde van het combineren van een UV-licht met een fotoreactief polymeer om een vast object te creëren. Koyama verzuimde het proces te patenteren, dus een man genaamd Charles Hull creëerde een bestandsformaat voor stereolithografie en patenteerde het proces. De heer Hull bedacht ook de termen rapid prototyping en 3D-printen3.
Stereolithografie, of SLA, is een bekende vorm van 3D-printen. SLA vereist 3D CAD-software om de geometrie van het object te creëren en ondersteunt die nodig zijn om structuur aan het object toe te voegen (Star). SLA kan extreme details en een afgewerkt oppervlak produceren (Protosys). Een ander belangrijk voordeel van SLA-printen is dat onderdelen snel kunnen worden gemaakt, soms in minder dan een dag. Nadelen van SLA-printen zijn dat de grootte van het object vaak beperkt is en het proces duur kan zijn. SLA-printen is vooral populair voor het testen van aspecten van een nieuw ontwerp vóór de massaproductie3.
Selectief Lasersmelten
Welke techniek is geschikt voor u?
Het kiezen van de juiste populaire rapid prototyping-techniek (XTJ) hangt af van het type onderdeel of object dat je hebt ontworpen. Welke techniek past het beste bij het materiaal, de grootte, complexiteit, tijdsbestek en het ontwerp van jouw product? Het is belangrijk om de voordelen en nadelen van elke techniek te begrijpen om te bepalen welke je moet kiezen.
SLA heeft bijvoorbeeld nauwkeurigheid, detail en een aanwezigheid in de industrie. Het is echter beperkt in beschikbare materialen, heeft ondersteuning nodig en moet na productie worden uitgehard. SLS daarentegen vereist geen nabehandeling, heeft beperkte behoefte aan ondersteunende structuren en een groter scala aan materiaalkeuzes. Het vereist wel wat afwerking en het wisselen van verschillende materialen kan lastig zijn in vergelijking met andere rapid prototype-technieken. FDM hoeft niet te worden uitgehard, heeft een scala aan materialen en een gemakkelijkere omschakeling, maar verliest enig voordeel in het gebrek aan snelheid op grotere onderdelen, het verlies van kleine details en enkele vereisten voor ondersteuning in bepaalde materialen2.
Het kiezen van XTJ, een van de meest populaire rapid prototyping-technieken, is eenvoudig wanneer je het proces, de voordelen en nadelen van elke techniek leert en deze vergelijkt met de vereisten van jouw prototype-ontwerp. Het budget, ontwerp, materialen, grootte en tijdsbeperkingen van jouw product vormen de blauwdruk voor het bepalen welke van de meest populaire rapid prototyping-technieken het beste voor jou is.
