Professional 3D Printers
Professional 3D Printers
De prijzen van printers in de professionele markt beginnen bij €10.000,- en lopen op tot boven €1.000.000,-. Fabrikanten beschermen zowel aanschaf- als materiaalprijs en deze kan ook nog weleens variëren per aanbieder of regio. De 3D-printers worden dan ook kwalitatiever met elkaar vergeleken dan de printers voor de prosumer. We bespreken onder meer de toepassing en industrie, maar ook de prijs van het materiaal en de machine voor de verschillende technologieën en hun printers.
Systemen SLA en FDM
De twee grootste spelers in de professionele 3D-printmarkt zijn 3D Systems (SLA), en Stratasys (FDM). In de volgende delen van deze rubriek is te lezen hoe beide bedrijven eind jaren `80 elk hun eigen technologie ontwikkelde. Inmiddels zijn er al wel meer partijen actief. Na een mislukte samenwerking met HP heeft Stratasys eind december een fusie met 3D-printerfabrikant Objet afgerond. Samen vormen zij op dit moment de grootste marktpartij met een geschatte marktwaarde van 3 miljard dollar. Ook 3D Systems is actief nieuwe technologieën aan het verwerven met in totaal 31 overnames tot november 2012, waarvan 24 in de laatste twee jaar. In de markt van metaal printen zijn er diverse spelers actief.
POLYJET
SLA
3D Systems eigenaar Charles Hull is de uitvinder van de techniek Stereolithografie. Dit is nog steeds de kern-technologie van 3D Systems. In November 2012 presenteerde 3D Systems op Euromold – `s werelds grootste beurs voor design- en productontwikkeling – de Projet 3500 HD max. De printer is met €75.000,- het instapmodel in de professionele SLA en heeft een bouwvolume van 300mm x 185mm x 200mm. De machine is geschikt voor het nieuwe materiaal van 3D Systems, Visijet X. Het materiaal belooft kwaliteiten gelijk aan spuitgegoten ABS, en met een laagdikte van 16 micron lijkt de oppervlakte-kwaliteit dit ook waar te kunnen maken. De SLA-printers van 3D Systems worden ook gebruikt in de tandheelkunde. Ook zijn er materialen beschikbaar, geschikt om modellen te printen voor (verloren was) gieten. Deze techniek wordt onder andere toegepast voor sieraden en bijzondere gereedschappen voor de medische wereld.
De Mammoth SL, een bijzondere printer welke gebruikt maakt van SLA is intern ontwikkeld door 3D print gigant Materialise. Voor de fusie van Stratasys en Objet waren zij verreweg het grootste bedrijf betrokken bij 3D-printen, met onder meer softwareontwikkeling, een technische en creatieve ontwerpafdeling en een service bureau. De Mammoth SL is beschikbaar via het service bureau van Materialise en biedt een bouwvolume van 2100mm x 700mm x 800mm. De machine wordt gebruikt om volledige dashboards van concept auto’s te kunnen testen.
FULL COLOR 3D PRINTING
Z Corp verkoopt haar ZPrinters in verschillende formaten. De best verkochte printer uit de reeks is de ZPrinter 650 met een bouwvolume van 254mm x 381mm x 203mm. De printer wordt verkocht met een geïntegreerde cabine voor het verwijderen van poeder. De aanschafprijs van de machine is €45000,-. In de meest gedetailleerde stand, print de machine met een laagdikte van 90 micron. Toch is detail niet de voornaamste kwaliteit van de printer. Kleur, snelheid en relatief lage materiaal kosten – €0.20 per cc – zijn kenmerkend voor de ZPrinter.
Beide technologieën worden uitsluitend gebruikt voor de fysieke weergave van prototypes. Direct uit de printer zijn de modellen vrij fragiel, en ze verslechteren met de tijd. Diverse coatings bieden echter bescherming en kunnen veroudering tegengaan. De full colormogelijkheid maakt de technologieën geschikt voor een eigen segment van toepassingen. Ingenieurs werken bijvoorbeeld met de technologie om een ontwerp te communiceren met een klant of marketingafdeling. Ook architecten adopteren de technologie.
SLS
Professoren aan de Universiteit van Texas ontwikkelde begin jaren `90 de technologie achter Selective Laser Sintering (SLS). Spin-off bedrijf DTM commercialiseerde de technologie en sloot een licentie overeenkomst met het Duitse EOS. Na overname van DTM door 3D Systems volgde er een aantal rechtszaken in 2003 over de inbreuk op de patenten omtrent SLS. Beide bedrijven besloten in 2004 de strijdbijl te begraven en sloten een crosslicentie-overeenkomst. Zowel EOS als 3D Systems bieden momenteel SLS machines aan voor de professionele markt.
De printers zijn geschikt voor Nylon poeder, en glas gevuld Nylon poeder. Dit laatste verbetert de slagvastheid en structurele eigenschappen van het geprinte model. Kosten van het materiaal liggen tussen de €40 per kilogram en – wanneer aangeleverd door de fabrikant – €110 per kilogram. 3D Systems biedt haar Sinterstation Pro 230 – met een bouwvolume van 550mm x 550mm x 750mm en een minimale laagdikte van 80 micron – aan voor €750.000. Recent heeft de Universiteit van Huazhong een printer aangekondigd met een bouwvolume van maar liefst 1200 bij 1200mm.
De technologie vindt deze brede toepassing zowel in prototypering als in eindproducten. EADS Innovation Works in Engeland fabriceerde de Airbike uit geprinte onderdelen en past de technologie toe voor fabricage van Unmanned Aerial Vehicles. Voor consumenten zijn sieraden beschikbaar gefabriceerd met deze technologie. Zo biedt het Nederlandse Suuz, customizable ringen en armbanden aan in diverse kleuren.
Door de unieke vormvrijheden van 3D-printen, en de mogelijkheid om in lage volumes te produceren is 3D-printen een bijzondere technologie. In combinate met de specifieke sterkte en stijfheid van metaal is de technologie zo een aantrekkelijk alternatief voor CNC-frezen, gieten of vonkverspanen. Zo wordt de techniek momenteel toegepast in; de aerospace voor gasturbine’s; automotive voor suspensie’s en de medische sector voor bijvoorbeeld implantaten of gereedschappen. Ook machinefabricanten printen inmiddels eindproducten, en er zijn speciale printers op de markt voor het fabriceren van sieraden.
3D-PRINTEN IN METAAL
De twee meestgebruikte technologieën – Direct Metal Laser Sintering (DMLS) en Electron Beam Melting (EBM) en bijbehorende printers – worden in deze presentatie uitgebreidt vergeleken. Het grootste verschil tussen de twee is de energiebron, waarbij DMLS gebruikt maakt van een laser (licht) en EBM van electronen voor de uitharding. Bij DMLS wordt het licht met behulp van optische lenzen gefocust, en met spiegels afgebogen. Voor DMLS zijn momenteel meer materialen beschikbaar. De electronen worden met de eerste magneten gefocust, en met een tweede set magneten afgebogen. EBM biedt voordelen in minder complexiteit, efficiency en bouwsnelheid.
EBM
Het Zweedse Arcam is in 1997 begonnen met de ontwikkeling van hun Electron Beam Melting technologie (EBM). Vijf jaar later brachten zij het eerste systeem op de markt, en inmiddels hebben zij meer dan zestig machines verkocht. Momenteel is de beperkte beschikbaarheid van bouwmaterialen een belemmering, maar de kracht van de laser biedt grote voordelen in restspanning en bouwsnelheid. Door gebruik te maken van magneten voor focus en richting van de straal worden de installatie en onderhouds kosten verlaagd.
De Arcam A1 – voor kleindere onderdelen, als medische implantaten – en de A2 voor grotere onderdelen als bijvoorbeeld de aerospace industrie – zijn momenteel de twee beschikbare printers van Arcam.
DMLS/SLM
Concept Laser biedt de M1 & M3 printers aan onder de naam Laser Cusing. Bijzonder aan deze printers is dat zij de bouwkamer niet verhitten, maar het metaal volledig door middel van de laser verhitten. Dit zorgt voor betere mechanische eigenschappen van het eindproduct, gelijk aan alternatieven als CNC frezen. Ook kunnen de printers van Concept Laser graveren. Renishaw biedt – na overname van MTT Technologies – 3D-printers aan onder de naam Selective Laser Melting, vergelijkbaar met DMLS.
De EOSINT M270 – voor details zie deze vergelijking – is momenteel de meestverkochte printer op de markt. De machine kost los €430.000,- en inclusief volledige installatie en bijbehorende apparatuur €650.000,-. Een groot voordeel van de machine is dat de machine snel wisselt tussen verschillende bouwopdrachten, en dat de mogelijkheid bestaat om op bestaande modellen te printen. Nadeel blijft dat – door gebruik van een laser – de bouwsnelheid beperkt is, en dat er restspanning in het materiaal overblijft. Nabewerking is hierdoor vereist, en verlengt de bouwsnelheid indirect nog meer. De variable kosten voor gebruik – gas, bouwmateriaal en nabewerking – liggen hoger voor DMLS dan voor EBM.EOS heeft recent de M280 op de markt gebracht met een krachtigere laser – waarmee de restspanning beperkt wordt – en een groter bouwvolume.EOS biedt – in samenwerking met Cookson Precious Metals – een 3D printer specifiek voor de sieraden en horloge industrie aan, de Precious M080. De printer is specifiek ontworpen voor het printen in goud (18k) en heeft een bouwvolume van 80 x 80 x 100mm.
3D Systems biedt systemen aan onder de naam Selective Laser Melting. Door beperkingen op het gebied van medische regelgeving in de VS is de afname van het SLM systeem helaas beperkt gebleven in vergelijking met Arcam en EOS.
