Additive Manufacturing met Resin - Introductie

Deze blogpost geeft een kort en bondig overzicht van de belangrijkste kenmerken en functionaliteiten van de 3D-printtechnologie: Resin 3D-printing.

3D-printen met resin, of epoxyhars, is een van de vier populairste subtechnologieën binnen Additive Manufacturing. De technologie die vooral populair is in de tandheelkundige industrie heeft zijn eigen voor- en nadelen.

Hoe werkt het 3D-printen met resin?

Tijdens het 3D-printen met resin worden er componenten uit vloeibare resin (epoxyhars) geproduceerd die met behulp van UV-licht worden uitgehard en zo omgezet wordt in kunststof.

De ene laag na de andere wordt aangebracht op de bouwplaat. Dit is vergelijkbaar met filamentprinters. Vervolgens worden deze lagen met behulp van UV-bestraling afzonderlijk uitgehard, waarna de volgende laag op de eerder uitgeharde laag wordt aangebracht.

Wanneer het printen klaar is worden de onderdelen uit de printer gehaald en kort gewassen in een oplosmiddel, waardoor het overtollige resin van het onderdeel wordt verwijderd. Het onderdeel moet vervolgens worden nagehard om de nodige sterkte en stabiliteit te bereiken. Als laatst moet het support materiaal van de componenten worden verwijderd. Bij het printen met resin moet er altijd gebruikt worden gemaakt van support materiaal.

Er zijn veel verschillende methoden binnen 3D-printen met resin. We focussen ons nu op de vier belangrijkste hiervan.

Stereolithografie

Stereolithografie, vaak afgekort als SLA of SL, is het oudste gepatenteerde Additive Manufacturing-proces. Al in 1984 werd dit patent geregistreerd door de Amerikaanse natuurkundige Chuck Hull, die later het bedrijf 3D Systems®.

In dit productieproces wordt een ontwerpplatform geleidelijk neergelaten in een resintank. Elke verdere verlaging komt overeen met de diepte van een laag. De laag wordt vervolgens uitgehard met een UV-laserstraal die van punt naar punt beweegt en de geometrie van het onderdeel "volgt".

In de meeste gevallen kan de sterkte van de laserstraal niet worden aangepast op SLA-printers. Daarom zijn printopdrachten met verschillende plastische effecten alleen mogelijk met SLA-technologie na een volledige verandering van de laserstraal.

Digital Light Processing

Digital Light Processing (DLP) lijkt relatief veel op het SLA-proces, maar heeft één groot verschil: de lichtbron. Bij SLA-printers gaat het van plaats naar plaats om de lagen uit te harden. Maar bij DLP-printers wordt er één projector gebruikt om UV-licht op het hele bouwplatform te werpen waardoor de hele laag in een keer wordt uitgehard.

In tegenstelling tot het SLA-proces, maakt de DLP het ook mogelijk om de intensiteit van de UV-straal individueel te regelen waardoor verschillende plastische effecten mogelijk zijn.

Lubricant Sublayer Photo-curing

Lubricant Sublayer Photo-curing, of afgekort LSPc®, is ontwikkeld door Nexa3D® en wordt uitsluitend gebruikt in hun 3D-printers.

LSPc® begint vanuit een uniforme lichtbron. De UV-lichtarray straalt door een masker met een hoog contrast over de volledige bouwplaat. De uitharding vindt plaats ter hoogte van een speciaal anti-hechtings membraan met hoge snelheden.

Ook bij deze methode kan de intensiteit van de lichtbron individueel worden geregeld.

Vision-Controlled Jetting

Vision-Controlled Jetting (VCJ) is ontwikkeld door Inkbit en is exclusief te vinden op de Inkbit Vista™.

Deze techniek maakt gebruik van een geavanceerde inkjet printkop in combinatie met Vision Controlled kunstmatige intelligentie.

Zodra de inkjet kop een laag heeft aangebracht, wordt een topografische kaart gemaakt met hoog resolutie scanners. Deze informatie wordt gebruikt om vervolgens een volgende laag te maken. Dynamische, real-time generatie van lagen zorgen ervoor dat onderdelen keer op keer snel en nauwkeurig worden geproduceerd.

Een verschil met de andere processen is de hoge mate van automatisering. In het VCJ-proces wordt de print na elke tweede laag automatisch door een camera gescand om mogelijke fouten op te sporen. Als er een fout wordt gedetecteerd, is er geen interactie nodig. De geïntegreerde kunstmatige intelligentie zorgt voor automatische foutcorrectie.

Welke fabrikanten zijn er?

Er zijn veel verschillende 3D-printer fabrikanten van resin. Vanwege het grote aanbod aan printers zal ik mij richten op de grootste fabrikanten van professionele en industriële resin 3D-printers.

3D Systems®

Het eerder genoemde Amerikaanse bedrijf 3D Systems® is nog steeds actief in de productie van SLA 3D-printers.

Het 3D Systems®portfolio omvat bijvoorbeeld de industriële SLA 750, de ProX- en de ProJet-serie.

Inkbit

Inkbit is een jong bedrijf uit de VS dat vooral bekend staat om de ontwikkeling van VCJ-technologie.

Tot op heden heeft Inkbit slechts één printer in zijn portfolio, de industriële Vista™. Deze printer maakt gebruik van de VCJ-technologie en is specifiek ontworpen voor volumeproductie.

SoonSer

Het Chinese bedrijf SoonSer produceert sinds 2013 resin 3D-printers voor een internationale kopersbasis.

Deze resin 3D-printers omvatten de industriële Mars Pro-serie en de professionele Smart-serie.

Nexa3D®

Nexa3D® is een Amerikaans bedrijf met een groot portfolio van resin 3D-printers en heeft het patent op de LSPc®-technologie.

Het portfolio van Nexa3D® omvat de industriële NXE 400Pro, NXE 200Pro en de NXD 200Pro die speciaal zijn ontworpen voor de tandheelkundige industrie, evenals de professionele XiP 3D-printer.

EnvisionTEC

Het Amerikaanse bedrijf EnvisionTEC (ETEC) is de pionier voor het gebruik van DLP-technologie binnen 3D-printen.

ETEC verkoopt verschillende resin 3D-printers waaronder de industriële Xtreme 8K en de professionele Envision One- en D4K-printsystemen.

Stratasys®

Stratasys® is een Amerikaans-Israëlisch bedrijf dat bekend staat om zijn Neo® Stereolithography-serie.

Deze serie bestaat uit de industriële Neo®800, Neo®450s en Neo®450e productiesystemen. Het Stratasys®-portfolio omvat ook het UV800 post-curing station.

De voordelen van resin 3D-printen

Het grootste voordeel van Additive Manufacturing met resin is de oppervlaktekwaliteit van de componenten. Wanneer de benodigde nabewerkingsstappen gevolgd zijn zal de oppervlaktekwaliteit van de hoogste kwaliteit zijn.

3D-printen met resin levert ook absolute topprestaties op het gebied van detail en resolutie.

Andere positieve aspecten zijn de zeer hoge printsnelheden en de algemene gebruiksvriendelijkheid van resin 3D-printers.

Een ander enorm voordeel van deze printtechnologie is de mogelijkheid om volledig transparante componenten te printen, zonder zichtbare lagen. Dit is met name essentieel voor medische indicaties. Bijvoorbeeld in de tandheelkunde, om patiënttevredenheid te garanderen.

Zeer complexe componenten zijn geen probleem voor Additive Manufacturing met resin. Of het nu gaat om slangvormige buizen of componenten met de kleinste holtes erin, 3D-printen met resin biedt de mogelijkheid voor een zeer hoge ontwerpvrijheid.

De nadelen van 3D-printen met resin

Zoals alles in het leven heeft 3D-printen met resin naast alle voordelen ook enkele nadelen.

Aan de ene kant vereist Additive Manufacturing met resin een relatief groot aantal processtappen voordat een afgewerkt en bruikbaar onderdeel wordt geproduceerd. Wassen, naharden en verwijderen van het support materiaal zijn noodzakelijk voor elk onderdeel en vergen op de lange termijn een grote tijdsbesteding.

Bovendien zijn resincomponenten meestal relatief bros en daarom niet geschikt voor toepassingen waarbij de onderdelen worden blootgesteld aan zeer sterke krachten.

Het is van belang dat er voorzichtig wordt omgegaan met de blootstelling aan UV-licht. De resin reageert nog steeds op UV-licht, zelfs na uitharding. Hierdoor kan het component verzwakt worden door langdurige blootstelling aan zonlicht.

Tegenwoordig zijn er echter speciale resin materialen die dit zwakke punt grotendeels kunnen wegwerken.

Het laatste nadeel dat genoemd moet worden is de giftigheid van het materiaal. Werken met resin vereist een veilige omgeving en arbeidsveiligheidsmaatregelen zoals handschoenen en een veiligheidsbril. Om zo de veiligheid van de gebruikers te waarborgen.

De toepassingsgebieden van resin 3D printing

Additive Manufacturing met resin heeft als een van de grootste toepassingsgebieden: de tandheelkunde. Of het nu gaat om tandheelkundige modellen, chirurgische geleiders, spalken van welke aard dan ook of tijdelijke prothesen, 3D-printen met resin biedt tandheelkundige laboratoria een kosteneffectieve en hoogwaardige manier om tandheelkundige indicaties te produceren.

Maar ook in de huisartsgeneeskunde wordt 3D-printen met resin gebruikt. Er worden diverse mogelijkheden voor de productie van modellen aangeboden door resin printen.

Dankzij de hoge stabiliteit, het lage gewicht en het brede scala aan beschikbare resin voor een grote verscheidenheid aan componenteigenschappen, is Additive Manufacturing met resin ook uitstekend geschikt voor gereedschapsproductie.

Resincomponenten hebben vanwege deze eigenschappen ook een plaats gevonden in de auto- en ruimtevaartindustrie.

Conclusie

3D-printen met resin is met stereolithografie het oudste gepatenteerde Additive Manufacturing-proces. Dit betekent echter niet dat deze technologie zijn langste tijd heeft gehad - integendeel!

Op het gebied van Additive Manufacturing met resin wordt voortdurend onderzoek gedaan en worden keer op keer baanbrekende vorderingen gemaakt. De ontwikkeling van nieuwe technologieën zoals LSPc® of VCJ-technologie zijn hiervan een indrukwekkend bewijs.

Ik hoop dat dit korte overzicht van 3D-printen met resin je heeft kunnen helpen een beetje meer inzicht te krijgen in de technologie en wat het kan doen.

Wil je meer informatie over 3D printen met resin en wil je de beste resin machines live in actie zien, dan kan ik je een bezoek aan onze showroom aanraden.