Universiteit bouwt grootste industriële delta 3D-printer ter wereld

De grootste industriële delta 3D-printer ter wereld moet het vervaardigen van prototypes efficiënter, kosteneffectiever, sneller en flexibeler maken. Het gaat om een vier meter hoge 3D-printer die ontwikkeld is door een onderzoeksgroep van de Duitse Jacobs University Bremen.

Voor diverse toepassingen zijn op maat gemaakte oplossingen nodig. Denk hierbij aan vervaardigen van reserveonderdelen en prototypes, maar ook aan mechanische toepassingen en productielocaties. Dit brengt uitdagingen met zich mee. Zo kennen de onderdelen waar vraag naar is complexe structuren. Tegelijkertijd zijn traditionele productiemethoden doorgaans toegespitst op productie in grote oplages. Hierdoor is het produceren van dergelijke onderdelen financieel niet aantrekkelijk of zelfs onmogelijk.

Snel, eenvoudig en tegen relatief lage kosten

Additieve productie kan uitkomst bieden. Zo kunnen bedrijven snel, eenvoudig en tegen relatief lage kosten een onderdeel op maat produceren. Dit maakt onder meer het vervaardigen van onderdelen voor prototypes in een zeer vroegtijdig stadium mogelijk. Zo kunnen ontwerpers een ontwerp op flexibele en economische wijze aanpassen op basis van testresultaten, en in korte tijd een nieuw prototype vervaardigen.

Een beperkende factor hierbij kan het printoppervlak van 3D-printers zijn. Deze is in veel gevallen relatief beperkt. Een nieuwe 3D-printer ontwikkelt door een team van de Duitse Jacobs University Bremen maakt het echter mogelijk omvangrijke componenten te printen. Het gaat om een vier meter hoge printer die een printoppervlak met een 1,5 diameter en een hoogte van 2,5 meter biedt.

Delta 3D-printer

Het gaat daarbij specifiek om een delta 3D-printer. Bij een dergelijke printer is de printkop bevestigd aan een drietal armen, die samen een driehoek vormen. Dit betekent in de praktijk dat de printkop met behulp van de armen in iedere richting kan bewegen. Het printoppervlak dat hierdoor ontstaat maakt het printen van uitzonderlijk grote componenten mogelijk.

De printer heet Honeycomb. Deze naam is gekozen met het oog op de interne structuur van geprinte componenten. Dankzij het gebruik honingraadstructuur bestaat een component uit minder materiaal en is het eindresultaat zowel licht als stabiel. De 3D-printer is ontwikkeld door een team onder leiding van hoogleraar Logistiek Yilmaz Uygun van de Jacobs University Bremen. Het project is uitgevoerd met steun van de Kieserling Foundation.

De printsnelheid ligt momenteel op ongeveer 5kg aan materiaal per uur, wat afhankelijk is van de complexiteit van de print. Op dit moment is de printer geschikt voor conventionele plastics zoals PLA, PET en ABS. De componenten die tot nu toe met behulp van de 3D-printer zijn gemaakt zijn gericht op onder meer gebruik in verticale windturbines. Dit als onderdeel van een universiteitsproject. Ook andere plannen voor de industrie staan echter op de planning, meldt het team.

Materiaal recyclen

Bij 3D-printen blijft in veel gevallen materiaal over. Denk hierbij aan de supportstructuren die worden gebruikt bij prints met overhangende delen. Dit materiaal is herbruikbaar door deze te versnipperen en recyclen als pellets. Op dit moment is de 3D-printer van het team alleen geschikt voor het printen van filament. Het team werkt echter aan een pelletextruder die dergelijke pellets kan produceren en gebruiken in plaats van filament.

Uygun: “Dit reduceert de CO2-voetafdruk aanzienlijk. Daarnaast kunnen we kostenbesparingen realiseren, de toeleveringsketen veilig stellen en onafhankelijkheid van specifieke leveranciers en regio’s zeker stellen.”

Fouten corrigeren tijdens het printproces

Het team wil zich de komende tijd naast de ontwikkeling van de pelletextruder toespitsen op het ontwikkelen van kwaliteitsbeheer tijdens het printproces. Een belangrijk onderwerp, aangezien bij additieve productie gedurende het printproces allerlei fouten kunnen optreden. Denk hierbij aan vervorming, lagen die niet goed op elkaar plakken of materiaal dat aan de extruder blijft kleven. Indien deze fouten te laat worden ontdekt, kan dit de volledige print onbruikbaar maken.

Daarom werkt het team onder meer aan een camera-gebaseerde systeem dat het printproces op visuele wijze monitort. Met behulp van dit systeem moet de 3D-printer eventuele fouten zelfstandig tijdens het printproces kunnen corrigeren. Uygen: “Ons doel is Honeycomb direct in productie te brengen. We hebben diverse ideeën om het printing te versnellen zonder in te leveren op kwaliteit.”

Ook onderzoekt het team de mogelijkheid met meerdere printkoppen gelijktijdig te printen. Opvallend is hierbij is onder meer het gebruik van spuitmonden met openingen van verschillende afmetingen. Dit kan onder meer inzetbaar zijn voor het vervaardigen van productgeometrieën van variërende complexiteit, waarbij verschillende delen met verschillende snelheden worden geprint. “Indien dit succesvol blijkt, dat het systeem direct in productie gebruik worden”, stelt Uygen.

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Foto: Никита Лазоренко via Pixabay