Een perfecte verbinding: revolutionaire technologie in combinatie met robuuste techniek

Terug
Industrie
3D Printing Industrie
Product
GV3 Lineair Geleidingssysteem
Land
Korea
Proces
Het Drukken
Een perfecte verbinding: revolutionaire technologie in combinatie met robuuste techniek

Begin 2015 wilde AIM3D, een beginnende onderneming in het noordoosten van Duitsland, een revolutie teweegbrengen in de 3D-printerwereld door een 3D-printer te creëren die het potentieel zou bieden om uiteindelijk een standaard gereedschap te worden op elke werkbank. Eén onverwachte uitdaging in deze zoektocht naar het ontwikkelen van een flexibele en economisch efficiënte 3D-printmachine, was het vinden van een geschikte leverancier van een kwalitatief, hoogstaand lineair geleidingssysteem dat aan hun behoeften zou voldoen.

De oprichters van AIM3D GmbH, allen afkomstig van de universiteit van Rostock, gelegen aan de Duitse noordoostkust, wilden de kosten van de additieve productie van metalen onderdelen drastisch verlagen. Hun ervaring is dat het wijdverbreide gebruik van additieve productiemethoden tot nu toe is mislukt vanwege de hoge materiaal- en machinekosten.  Veel 3D-printers kunnen vandaag de dag nog steeds maar met één enkel materiaal werken, dat bovendien betrekkelijk duur is. “Onze ambitie was om ‘de’ machine van de 21e eeuw te creëren die een plaats heeft in elk bedrijf, net als een draaibank of freesmachine in de 19e eeuw”, zegt Robert Radon, hoofd van de afdeling Mechatronics-ontwikkelingen.

Toen het team rond AIM3D begon met het bouwen van de eerste prototypes van de 3D-printer, de ExAM255, waren ze ervan overtuigd dat het vinden van geschikte lineaire geleidingen voor hun productieproces eenvoudig zou zijn – het leek geen buitengewoon complexe taak.  Al snel bleek echter dat dit niet het geval was. “Om het printproces zo nauwkeurig mogelijk te maken, is het van cruciaal belang dat de twee toegepaste printkoppen perfect op elkaar zijn uitgelijnd, ook bij hoge snelheden.  Om schokken tijdens het printen te voorkomen, moet de ondersteuning van het printbed ook zo worden geconstrueerd dat het volledig stabiel is”, vertelt René Zielke, hoofd van de hoofd van de afdeling fabrieksontwikkeling.

“Omdat het mechanisme voor het heffen en laten zakken van de printkoppen zo’n zichtbaar raakvlak is tussen de gebruiker en de machine, was het voor ons verder belangrijk dat de lineaire geleiding er goed uitziet en goed aanvoelt, voegt Zielke toe, die van meet af aan betrokken was bij de ontwikkeling van de printer. Hoewel de AIM3D-ingenieurs ernaar streefden om de kosten van additieve productie drastisch te verlagen, wilden ze dat niet doen door toe te geven aan de kwaliteit. Het vinden van deze combinatie van kenmerken tegen een aanvaardbare prijs bleek echter een grotere uitdaging dan verwacht. Na tevergeefs oplossingen van een aantal aanbieders van lineaire geleidingssystemen te hebben onderzocht die aan hun hoge eisen konden voldoen, kwamen ze uiteindelijk terecht bij HepcoMotion. HepcoMotion, dat dit jaar haar vijftigjarig bestaan viert, is gespecialiseerd in hoogwaardige lineaire oplossingen en automatiseringscomponenten en heeft in de loop der jaren een stevige reputatie opgebouwd voor high-end producten die weinig onderhoud vergen en absolute precisie garanderen.

 

Hoogwaardige ondersteuning

Mark Völkers, technisch vertegenwoordiger bij HepcoMotion, adviseerde het AIM3D-team over de meest geschikte producten voor hun toepassing. “Er was niet veel ruimte in de printer en de geleiders worden bij hoge versnelling aanzienlijk belast, terwijl ze toch betrouwbaar en nauwkeurig moeten blijven werken. De slimline-lagers en de NV20-geleiding van ons GV3 lineair geleidingssysteem waren hier de beste oplossing”, legt hij uit.

Deze lagers worden rechtstreeks gemonteerd op de twee verwisselbare printerkoppen en samen met de NV20-geleidingen van HepcoMotion zorgen ze ervoor dat de printkoppen met absolute precisie en met een snelheid van 2,5 m/s op en neer worden verplaatst. De x-y beweging wordt bereikt door drie kogelomloopspindels: twee op de x-as en één op de y-as.  De z-beweging voor het printproces gebeurt via twee kogelomloopspindels. De ExAM255 maakt gebruik van twee printkoppen om eventuele materiaalwisselingen eenvoudig op te vangen. Tijdens het printproces wordt de niet in gebruik zijnde printkop voortdurend 10 mm opgetild, zodat deze niet tegen het af te drukken object botst.

Een belangrijk voordeel van de GV3-serie van lineair expert HepcoMotion is de mogelijkheid om de lagers bij te stellen en zo de speling, die door slijtage gedurende de levensduur van het product ontstaat, te verwijderen. “In plaats van de lineaire geleiding en het lager dan te demonteren en te vervangen, kunt u ons lager dus eenvoudig afstellen, wat duidelijk veel efficiënter en goedkoper is”, voegt Völkers eraan toe. “Het vermogen om af te stellen was voor ons van groot belang, omdat zelfs kleine afwijkingen in de orde van micrometers onaanvaardbaar zijn in het eindproduct,” zegt Zielke.

De zelfreinigende werking van GV3 was ook een belangrijk aspect voor deze omgeving, waar vuil en puin voortdurend aanwezig zijn.  Dankzij de specifieke vorm van de V-geleidingen worden vuildeeltjes door de beweging van de lagers tijdens het printproces continue afgevoerd. Deze zelfreinigende functie zorgt voor een lange levensduur van het systeem, zelfs in vervuilende productieomgevingen zoals deze. “Uiteindelijk waren we heel snel onder de indruk van de producten van Hepco; zowel de kwaliteit als de producteigenschappen waren uitstekend. We vonden het ook erg nuttig om een teststuk te krijgen waar we mee konden experimenteren, iets wat we niet hadden verwacht omdat we nog geen grote klant waren”, zegt Zielke als toelichting op de beslissing om met het GV3-systeem van Hepco in zee te gaan.

Klaar voor serieproductie

Het heeft twee jaar ontwikkelingswerk gekost om de ExAM255 te voltooien, maar nu is AIM3D GmbH klaar om hun CEM E-1 Extruder-printkoppen – waarvoor een octrooi is aangevraagd – in serie te gaan produceren. De printer kan bijna elk spuitgietgranulaat tot een diameter van 3 mm verwerken. “Het bijzondere aan de E-1 Extruder is dat de klant geen dure polymeerdraden of metaalpoeders hoeft aan te schaffen,” legt de heer Radon uit, die voordat hij het bedrijf oprichtte, als onderzoeksassistent aan de universiteit werkte. De mogelijkheid om standaard-injectiekorrels te gebruiken maakt het proces een stuk goedkoper. Daarnaast kan hetzelfde materiaal worden gebruikt voor zowel prototypes als de uiteindelijke producten, waardoor de overgang van prototype naar eindproduct voor de eindgebruiker economischer en sneller verloopt. “Ik denk dat wij het enige bedrijf zijn dat tot nu toe zo’n universeel inzetbare 3D-printer heeft ontwikkeld. Hoewel er enkele op de markt zijn die met polymeerkorrels werken, bieden die weinig keuze op het gebied van materiaal, en dat is nou juist een uniek kenmerk van ons systeem,” vertelt Zielke verder.

Een opvallend kenmerk van de printer van AIM3D is de scheiding van vorm en samensmelting tijdens het printen. Tijdens dit proces wordt alleen het thermoplastisch dragermateriaal gesmolten om het onderdeel vorm te geven. Daarna kan het onderdeel voor het eigenlijke sinterproces worden bewerkt. Dit verlaagt op zijn beurt de gereedschaps- en bewerkingskosten tijdens de nabewerking. Het bindmateriaal wordt vervolgens (in een tweetrapsproces) uit de thermoplastische drager verwijderd en uiteindelijk in een oven gesinterd, waardoor het eindproduct ontstaat.

De prototypes zijn goed onthaald, met name door de automobielindustrie, waar met glasvezel gevulde kunststoffen veel worden gebruikt. In deze sector zijn de marges laag en is er voortdurend behoefte aan aanpassing. Nu hebben we een 3D-printer die niet langer afhankelijk is van zijn eigen ecosysteem, maar werkt met gemakkelijk verkrijgbare, gestandaardiseerde materialen en gereedschappen, waardoor de kosten van additieve productie aanzienlijk kunnen worden verlaagd. Als centraal onderdeel van het systeem, werkt de GV3 van Hepco al meer dan een jaar goed in de prototypes en blijft Hepco de voorkeursleverancier van AIM3D als het gaat om lineaire geleidingssystemen.

Terug

Selecteer a.u.b. een portaal om uw
CAD-modellen te downloaden

TraceParts Cadenas