Freeform Spuitgieten: het beste van additieve productie en spuitgieten

Additive manufacturing is ongetwijfeld om vele redenen een opwindende technologie. Een van deze redenen is de mogelijkheden die het opent – voornamelijk omdat nieuwere vormen van technologie ongekende snelheden, drastisch lagere kosten en ongekende geometrieën bieden. Betekent dit dat additieve productie de meer traditionele vormen van productie, zoals spuitgieten, zal vervangen? Veel mensen nemen dit aan, maar deze oudere vormen van productie hebben nog steeds hun voordelen. Maar in combinatie met additive manufacturing kunnen deze technologieën echt schitteren.

“Je zou het een hybride kunnen noemen – een handdruk tussen traditioneel 3D printen en klassiek spuitgieten”, zegt Sean Dsilva, directeur bedrijfsontwikkeling bij Nexa3D.

Sean heeft het over Freeform Injection Moulding (FIM), het platform dat is ontwikkeld door het Deense bedrijf Addifab. Simpel gezegd versnelt FIM het spuitgieten door het 3D-printen van de matrijzen waarin de materialen worden geïnjecteerd. Waarom zou je dit doen als additieve productie zelf zo snel kan gaan? Het is een feit dat spuitgieten een zeer snelle technologie is – en een effectieve, vooral als het gaat om het produceren van grote hoeveelheden. Bovendien is spuitgieten compatibel met veel meer materialen dan momenteel kunnen worden geproduceerd met 3D-printen.

Het meest tijdrovende – en dure – onderdeel van spuitgieten is echter de productie van de matrijzen en gereedschappen. Bedrijven besteden deze productie vaak uit, wat weken of zelfs maanden kan duren. Door de mallen te 3D-printen wordt deze tijd teruggebracht tot uren.

Een ander belangrijk aspect van spuitgieten in vrije vorm is het feit dat de matrijzen oplosbaar zijn – ze kunnen worden opgelost, wat resulteert in een vormdeel van ongekende complexiteit. Zoals Addifab het zegt, zorgt FIM voor “onzichtbare ontwerpvrijheid” – je kunt alles ontwerpen wat je wilt en het zal verschijnen wanneer de mal in wezen wegsmelt.

De geprinte mallen zijn ook extreem goede isolatoren; ze onttrekken geen warmte aan het vloeibare materiaal dat wordt geïnjecteerd. Dit betekent dat je een spuitgietmachine kunt inschakelen en binnen een paar minuten kunt beginnen werken in plaats van parameters in te stellen en te wachten op temperatuuraanpassingen.

Addifab is onlangs een samenwerking aangegaan met Nexa3D om ons industriële NXE 400 3D-printplatform te gebruiken voor het printen van spuitgietmatrijzen. Dankzij de omvang en snelheid van de NXE 400 is FIM nu vele malen sneller en kan het op echt industriële schaal werken.

“Wat we met Nexa3D hebben bereikt, is een dramatische schaalvergroting”, zegt Lasse Staal, mede-oprichter CEO van Addifab. “Dit is iets wat onze mogelijkheden op het gebied van spuitgieten in vrije vorm echt zal veranderen.”

Spuitgieten in vrije vorm begint met een CAD-bestand van het te gieten onderdeel. Het ontwerp wordt vervolgens omgezet in een matrijs, een proces dat nog wordt versneld door geautomatiseerde software die Addifab een “matrijzengenerator” noemt. De gebruiker of klant evalueert vervolgens het matrijsontwerp en kan snel wijzigingen aanbrengen en nieuwe versies herhalen als de eerste versie niet voldoet. Als de klant tevreden is, wordt de matrijs 3D-geprint en nabewerkt, waarna het spuitgieten zelf volgt.

Met dit proces kan een ontwerp binnen 24 uur van bestand naar afgewerkt onderdeel gaan. De hele iteratiecyclus duurt gemiddeld één tot drie dagen en kan tienduizenden dollars goedkoper zijn dan wanneer de tools elders besteld zouden moeten worden.

Addifab legt uit dat ze niet proberen het spuitgieten te overtreffen, maar eerder vergelijkbaar willen zijn qua snelheid. De NXE 400 maakt dit mogelijk. Addifab kan bijvoorbeeld in ongeveer twee minuten een kleine matrijsholte 3D-printen op een van zijn machines. De NXE 400 kan hetzelfde onderdeel in 15 seconden afdrukken. Daarbij komt de grootte van de bouwkamer van de NXE 400, waarmee niet alleen grotere onderdelen kunnen worden geprint, maar ook een groter volume van onderdelen, wat betekent dat het FIM-proces aanzienlijk kan worden opgeschaald.

Addifab gebruikt nog steeds metalen matrijzen waar nodig, maar door metalen matrijzen te combineren met freeform spuitgieten heeft het bedrijf het beste van twee werelden gecreëerd. Het bedrijf is begonnen met de productie van complexere onderdelen dan voorheen, zoals flexibele spuitdoppen. Spuitgieten in vrije vorm is niet materiaalafhankelijk en kan verschillende materialen verwerken om te voldoen aan de meest uiteenlopende eisen van klanten.

Freeform Spuitgieten met Nexa3D is snel, goedkoop en milieuvriendelijk – 15% van de kosten, 12% van de tijd en 75% minder koolstofuitstoot vergeleken met traditionele stalen matrijzen. Snelheid, besparingen en duurzaamheid maken FIM al tot een aantrekkelijke technologie, maar als je daar de onbeperkte ontwerpvrijheid en de eenvoud van het oplosproces met drukspray aan toevoegt, heb je iets heel spannends.