ADDITIVE MANUFACTURING

ADDITIVE MANUFACTURING Toekomstige sleuteltechnologie voor het opwaarderen van textiel- en kunststofproductie [AMonTP]

AMonTP is partner van het Nieuw Industrieel Beleid, mogelijk gemaakt door Vlaanderen in Actie en het Agentschap Ondernemen

VOORWOORD

De textiel- en kunststofverwerkende industrie in Vlaanderen heeft het moeilijk zich te handhaven tegenover goedkopere mondiale producenten. Maar naast de vraag naar massaproductie is er ook een toenemende vraag naar productie-op-maat en naar hoog-innovatieve producten. Dit zijn dan ook de domeinen waarin onze sterk kennisgedreven industrie het verschil kan maken om het huidige niveau van productie en tewerkstelling in Europa te behouden en opnieuw te versterken. Om dit te kunnen realiseren zoekt de textiel- en kunststofverwerkende industrie terecht innovatieve technologieën op. Eén van die innovatieve technologieën is 3D-printen, of preciezer Additive Manufacturing (AM). Als productieproces is deze technologie de laatste jaren sterk doorgebroken, met toepassingen in uiteenlopende domeinen. Tot nu toe wordt AM vooral toegepast als een techniek op zichzelf, waarbij de beperkte productiesnelheid soms nog een belangrijke drempel is. Maar wat als AM met andere (snelle) productietechnieken gecombineerd kan worden? Wat als de hoge mate van flexibiliteit en vormvrijheid van Additive Manufacturing gecombineerd wordt met de snelheid van conventionele productietechnieken in de textiel- en kunststofverwerkende industrie? De mogelijkheden van het rechtstreeks printen van 3D-structuren op conventioneel geproduceerde textielen kunststofsubstraten werd daarom geëvalueerd in het project AMonTP: ‘Additive Manufacturing: toekomstige sleuteltechnologie voor het opwaarderen van textiel-& kunststofproductie’. Dit project werd van 1 maart 2013 tot 28 februari 2015 uitgevoerd door Centexbel, Flanders’ PlasticVision en Federplast.be & Sirris, als partner in het Nieuw Industrieel Beleid van het Agentschap Ondernemen. In deze publicatie begeleiden we u met plezier doorheen de mogelijkheden van Additive Manufacturing als nieuwe technologie in de textiel- en kunststofverwerking. Karen Deleersnyder - Centexbel Projectcoördinator [AMonTP]

-2-

INHOUD ADDITIVE MANUFACTURING IN DE TEXTIEL- EN KUNSTSTOFVERWERKENDE SECTOR

4

PROJECTUITVOERING AMONTP

6

PROJECTAANPAK STUURGROEP GEBRUIKERSGROEP 3D-PRINTTESTEN OP TEXTIEL EN KUNSTSTOFFEN ORGANISATIE VAN WORKSHOPS

ADDITIVE MANUFACTURING (AM) TECHNIEKEN

14

MATERIAL EXTRUSION STEREOLITHOGRAFIE (SLA) DIGITAL LIGHT PROCESSING (DLP) PHOTOPOLYMER (MATERIAL) JETTING INKJET PRINTING BINDER JETTING SELECTIVE LASER SINTERING (SLS)

PROOF OF CONCEPT: 3D-PRINTEN OP TEXTIEL- EN KUNSTSTOFMATERIALEN

30

TOEKOMSTPERSPECTIEVEN EN VERDERE ACTIES

33

-3-

ADDITIVE MANUFACTURING IN DE TEXTIEL- EN KUNSTSTOFVERWERKENDE INDUSTRIE Additive Manufacturing (AM) kent als productieproces de laatste jaren een heel sterke doorbraak met toepassingen in heel diverse domeinen. In de media wordt hierbij kortweg over 3D-printing gesproken maar het gaat eigenlijk om een reeks technieken volgens het principe van ‘Additive Manufacturing’. Deze aanpak verschilt radicaal van traditionele productiemethodes omdat de objecten worden gemaakt via het selectief stapelen - laag per laag - van materialen in tegenstelling tot het subtractief bewerken van halffabricaten. Met behulp van een hele reeks ‘Additive Manufacturing’ technieken kunnen materialen geprint worden gaande van metalen, kunststoffen, keramische materialen, tot zelfs beton en voedsel.

PAGINA’S 15 TOT 29 BESCHRIJVEN DE DIVERSE ADDITIVE MANUFACTURING TECHNIEKEN WAARBIJ GEBRUIK KAN WORDEN GEMAAKT VAN KUNSTSTOFFEN

Additive Manufacturing vindt zijn oorsprong in rapid prototying, waarbij op een snelle manier prototypes vervaardigd worden om te testen voorafgaand aan grootschalige productie met klassieke technieken. Daarnaast is Additive Manufacturing ook een efficiënt proces voor rapid tooling, bijvoorbeeld voor de productie van specifieke mallen of vervangstukken. Intussen worden AM-technieken in steeds grotere mate voor grootschalige productie ingezet (rapid manufacturing), voornamelijk voor kleine series of voor grote series van op maat gemaakte producten met een hoge toegevoegde waarde. Additive Manufacturing kent tegenwoordig succes in heel uiteenlopende domeinen gaande van highend toepassingen in de aerospace, automotive, medische sector (protheses op maat), industrieel design (complexe machinecomponenten), mode en juwelen tot 3D-printers voor thuisgebruik.

-4-

In de kunststofverwerkende industrie wordt Additive Manufacturing steeds vaker gebruikt als aanvullende productietechniek of voor prototyping. Hieronder worden een aantal voorbeelden weergegeven die geprint werden in Vlaanderen voor de kunststofsector.

Machinecomponenten uit kunststof geproduceerd via Additive Manufacturing door Sirris

Bol in EC500 (was) voor lost-wax casting geprint door Tenco DDM

Specifiek onderdeel van robotgrijper, geprint door Materialise voor Intrion -5-

De jongste jaren worden Additive Manufacturing technieken ook gebruikt binnen de textielsector om unieke modeartikelen te printen. Zo presenteerde de Nederlandse modeontwerpster Iris van Herpen verschillende jurken die volledig zijn geproduceerd met Additive Manufacturing technieken. Hierbij wordt zowel geprint met flexibele materalen alsook met stijvere materialen. Bij het gebruik van stijvere materialen wordt de flexibiliteit van textiel vaak geëvenaard door het printen met schakelstructuren.

Additive Manufacturing zal nooit de klassieke textielproductie vervangen, maar kan een bijkomende troef zijn in het vervaardigen van hoogwaardige toepassingen. Het combineren van Additive Manufacturing met traditionele productietechnieken tot een hybridetechnologie kan leiden tot technisch en economisch interessante innovaties.

-6-

PROJECTUITVOERING AMONTP

PROJECTAANPAK Om de mogelijkheden van Additive Manufacturing (AM) in combinatie met conventionele productietechnieken te evalueren werd het project AMonTP: ‘Additive Manufacturing als toekomstige sleuteltechnologie voor het opwaarderen van textiel-& kunststofverwerking’ opgestart. Dit demodisseminatieproject werd van 1 maart 2013 tot 28 februari 2015 uitgevoerd door Centexbel, Flanders’ PlasticVision en Federplast.be & Sirris, als partner in het Nieuw Industrieel Beleid van het Agentschap Ondernemen. Het project had als voornaamste doelstellingen:

pp het informeren van textiel en kunststofverwerkende bedrijven over de mogelijkheden van Additive Manufacturing technieken

pp via demonstratie-initiatieven een proof of concept uitwerken van het rechtstreeks printen van 3D-Structuren op textiel en kunststoffen

pp het definiëren van domeinen en toepassingen waar het 3D-printen op textiel en kunststoffen kan bijdragen tot de sterk groeiende vraag naar massacustomisatie

pp de mogelijkheden van Additive Manufacturing als aanvulling op conventionele productietechnieken promoten om zodoende in sterke mate bij te dragen tot het creëren van innovatievere producten Bij de praktische uitwerking binnen dit project werden geïnteresseerde bedrijven en organisaties van nabij betrokken vanuit de vorming van een gebruikersgroep en stuurgroep.

STUURGROEP Een beperkte groep bedrijven die de verschillende doelgroepsectoren vertegenwoordigen, kwamen op regelmatige tijdstippen bijeen om het project mee te sturen samen met de uitvoerende partners en het Agentschap Ondernemen als waarnemer. De uitvoerende projectpartners wensen dan ook deze bedrijven te bedanken voor hun actieve input naar de thema’s voor de workshops en de uitvoering van de democases.

-7-

GEBRUIKERSGROEP In het kader van disseminatie werden de leden van de gebruikersgroep via verschillende kanalen (via inloggen op projectwebsite, diverse publicaties en een gebruikersgroepsvergadering) op de hoogte gehouden van de vordering van het project. We willen ook de deelnemers van de gebruikersgroep bedanken voor hun bijdrage tijdens de workshops en uitwerking van de democases (o.a. door het aanbrengen van ideeën en materialen). Naast de reeds eerder vermelde deelnemers van de stuurgroep maakten onderstaande bedrijven en organisaties deel uit van de gebruikersgroep:

pp Alyse

pp POM West-Vlaanderen

pp Anita Evenepoel

pp Quadrant CMS

pp Conwed Plastics

pp Showtex

pp Eclair Prym

pp TiO3

pp Elasta ind

pp UGent (afdeling CPMT)

pp Estrela Textiles

pp Unico

pp HoGent (natuur & techniek)

pp Vitalo Industries nv

pp PCVO West-Vlaanderen

pp Vives (afdeling VHTI)

pp Picanol

pp Weverij Jules Clarysse

Als lid van de onderzoekscel 3D-printing

Het AMonTP project gaf mij een goede kijk op

in Vives (met specialisatie in machinebouw

de mogelijkheden van 3D-printen op textiel

design voor speciale 3D-print toepassingen)

en kunststoffen. Als 3D-print bedrijf zien wij

hebben wij interessante informatie verkregen

duidelijk de meerwaarde van het 3D-printen

over oppervlakte-afwerking van 3D geprinte

op textiel en kunststoffen en gaan we zeker

onderdelen. Op Vives focussen we op speciale

de ontwikkelingen nauwgezet volgen omdat

toepassingen, zoals grote volumes of embedded

dit een markt is met groot potentieel. Jullie

printen, en dit onderwerp is ook vaak aan bod

project toonde een nieuwe toepassing van het

gekomen.

3D-printen.

GEERT CLAEYS

TOM CASTERMANS

Vives hogeschool Kortrijk afstudeerrichting kunststofverwerking

Tenco DDM

-8-

3D-PRINTTESTEN OP TEXTIEL- EN KUNSTSTOFFEN In samenspraak met bedrijven uit de gebruikersgroep werden demonstrator cases uitgevoerd die de mogelijkheden evalueren om met AM-technieken rechtstreeks op weefsels, breisels, nonwovens, injection molded parts, films, enz. te printen. Mogelijke toepassingen zijn o.a. het aanbrengen van verstevigingen, bevestigingsstukken, specifieke functionaliteiten, alsook het printen van detailstructuren (zodat niet telkens een nieuwe mal geproduceerd moet worden). Heel belangrijk hierbij is de evaluatie van de hechting van 3D geprinte onderdelen op bestaande materialen. Een eerste screening van mogelijkheden werd uitgevoerd door een eenvoudige structuur te printen op uiteenlopende textiel- en kunststofmaterialen van de uitvoerende partners en deelnemers van de gebruikersgroep. In het geval een goede hechting bekomen werd bij manuele evaluatie, werd dit bevestigd via trekproeven waarbij een geprint trekstaafje zelf doorbreekt en/of het textiel begint te scheuren eerder dan dat de print loskomt van het textieloppervlak of kunststofplaatje. Een overzicht van de voornaamste substraatmaterialen waarop 3D-Structuren via de FDM techniek geprint werden met verschillende filamentmaterialen zijn samengevat in Schema 1. Met deze gegevens werd in samenspraak met de deelnemende bedrijven uit de gebruikersgroep een aantal kleinschalige applicaties uitgewerkt als proof of concept van het rechtstreeks printen van 3D-Structuren op textiel en kunststoffen. Enkele voorbeelden hiervan staan beschreven vanaf pagina 30.

SUBSTRATEN WAAROP GEPRINT WERD ...

MET FILAMENTEN UIT

pp Weefsels uit PLA (polymelkzuur), PES (polyester), PA (polyamide), PES/PP, viscose ABS

pp Breisels uit PES, elastisch PES

PLA (polymelkzuur)

pp Afstandsweefsels uit PA & PES

PES (amorf polyester)

pp Tapeweefsels

PA (polyamide)

pp Nonwovens

TPE (thermoplastisch elastomeer)

pp Composietplaat vlas/PLA pp PLA, ABS, PC, PS platen uit spuitgietproces

Schema 1: Overzicht van de voornaamste substraten waarop 3D-Structuren geprint werden met verschillende filamentmaterialen.

-9-

ORGANISATIE VAN WORKSHOPS Gedurende het project werden er thematische workshops georganiseerd die voor iedereen toegankelijk waren. Tijdens deze workshops werden uiteenlopende thema’s belicht rond productie via Additive Manufacturing en aspecten die een rol spelen bij het 3D-printen op bestaande materialen. Tijdens deze workshops werden naast de voordrachten van externe sprekers rond het specifieke thema ook de resultaten uit de printtesten uit het project voorgesteld. Er werd ook aandacht besteed aan de opvolging van nieuwe toepassingen en technieken voor Additive Manufacturing. In de eerste workshop ‘Additive Manufacturing met kunststoffen’ werden de diverse technieken om met polymeren te printen uiteengezet. Naast de theorie kwamen ook de praktische mogelijkheden van het 3D-printen met kunststoffen aan bod.

ADDITIVE MANUFACTURING (AM) MET KUNSTSTOFFEN 06/06/13 (Kortrijk)

pp Additive Manufacturing met polymeren (Sirris) pp Additive Manufacturing van kunststoffen met een hoge graad van afwerking (Tenco DDM) pp 5 jaar AM aan de Katho: industriële applicaties en ervaringen (Vives) pp Bioplotter technologie voor biomedische applicaties (PBM UGent)

Leerrijke bijeenkomst met sprekers en publiek die de passie voor 3D-printen delen. Interessante contacten gelegd die leiden tot samenwerking en innovatieve ideeën.

GEERT CLAEYS

Vives hogeschool Kortrijk

- 10 -

Het implementeren van Additive Manufacturing geeft aanleiding tot een nieuwe manier van denken en organisatie doorheen de volledige productieketen. Daarom werd een workshop georganiseerd rond het thema ‘Nieuwe businessmodellen en productieconcepten met Additive Manufacturing’.

NIEUWE BUSINESSMODELLEN EN PRODUCTIECONCEPTEN MET ADDITIVE MANUFACTURING 29/10/13 (Luik)

pp De kracht van Business Model Development voor innovatieve technologieën (Plan C) pp 3D-printing, enabler voor nieuwe business (Sirris) pp De economische evoluties vergen een nieuwe manier van denken omtrent productie (2Ingis) pp Rondleiding in het AM expertisecentrum van Sirris

Quote uit de transitienota van Plan C omtrent de connectie tussen Additive Manufacturing en een circulaire economie: “3D-printing houdt de belofte in zich om de maakindustrie op een disruptieve manier dooreen te schudden. De kracht van de technologische innovatie an sich is onmiskenbaar, maar de link met onze grotere sociale en ecologische uitdagingen wordt nog te weinig bekeken. Het is pas vanaf het moment dat we de technologie kaderen binnen een bredere context, dat we deze next industrial revolution er ook één kunnen laten worden die naast een economische ook een grote maatschappelijke meerwaarde kan bieden. De technologie als middel dus, niet als doel.”

JAN LEYSSENS Plan C

- 11 -

Uit de eerste printtesten bleek dat op enkele substraten een betere hechting bekomen kon worden na een activering van deze substraten vooraleer er 3D-Structuren rechtstreeks op te printen. Daarom werd in een volgende workshop dieper ingegaan op de mogelijkheden van ‘Oppervlakte activering van kunststoffen en textielstructuren’.

OPPERVLAKTE ACTIVERING VAN KUNSTSTOFFEN EN TEXTIELSTRUCTUREN 28/05/14 (Kortrijk)

pp Voorbereiding van oppervlakken voor het maken van verbindingen (KULAB) pp Plasmatechnieken voor een betere hechting bij verbindingen (Rycobel) pp Hands-on demonstratie van plasmatechnologie

Kennisoverdracht van een academische omgeving naar de industrie is een cruciale component. Basiskennis in verband met surface-engineering doorgeven aan de mensen die technologische realisaties waarmaken is zeer rendabel omdat hiermee kan gemotiveerd worden waarom tijdsintensieve, eenvoudige en ogenschijnlijk onbelangrijke handelingen noodzakelijkerwijze dienen uitgevoerd te worden om tot optimale verbindingen te komen. Dit mag ook blijken uit vele spontane reacties na het geven van de voordracht.

POL COUDEVILLE KULAB

Voor ons was het interessant om onze plasmatechnologie onder de aandacht te kunnen brengen van een doelgroep die hiermee wellicht nog niet vertrouwd was. Kort na het event kregen we een paar vragen van deelnemers om deze technologie van naderbij te bekijken en de mogelijke toepassingen binnen hun segment te toetsen. Een positief resultaat dus.

KURT ROMMENS Rycobel

- 12 -

Uit de gebruikersgroep kwamen er ook voldoende vragen naar een workshop rond de specifieke normering bij Additive Manufacturing. Dit is een thematiek die in standaardisatiecommissies (zowel ISO als ASTM) volop uitgewerkt wordt.

NORMERING BIJ ADDITIVE MANUFACTURING 08/10/14 (Leuven)

pp Normering van materialen (Agoria) pp Normering bij Additive Manufacturing processen (Agoria) pp Het belang van normering bij de productie van Additive Manufacturing Met aansluitend bedrijfsbezoek (Layerwise)

Om de productie via Additive Manufacturing op textiel en kunststoffen volledig te evalueren is het ook opportuun om een blik te werpen op de levensduur en duurzaamheid van deze nieuwe productietechnologie.

ECOLOGIE EN LEVENSDUUR BIJ PRODUCTIE VIA ADDITIVE MANUFACTURING (AM) 01/12/14 (Gent)

pp AM: een duurzaam alternatief voor de kunststofverwerking? (KU Leuven) pp Verschil in kwaliteit van 3D-geprinte stukken versus traditioneel verwerkt (UGent) pp Duurzaamheid via AM in de elektronica sector (TP Vision) pp Duurzaamheid van 3D-printen op textiel (Centexbel)

- 13 -

ADDITIVE MANUFACTURING (AM) TECHNIEKEN

Er zijn voor de laagsgewijze productie heel wat specifieke productietechnieken en uiteenlopende materialen. In de volgende pagina’s wordt een beknopt overzicht gegeven van de technieken die courant gebruikt worden voor de productie met kunststofmaterialen. Daarbij worden de verschillende technieken beschreven en vergeleken met aandacht voor:

pp Het principe van de laagsgewijze productie pp De concrete werkwijze pp De materialen die voor iedere techniek gebruikt kunnen worden pp De voordelen (ten opzichte van vergelijkbare technieken) pp De nadelen (ten opzichte van vergelijkbare technieken) pp De geschiedenis van de productietechniek pp De fabrikanten en merknamen van de apparatuur

Algemene bronnen http://3dindustryexpo.com/ http://www.additive3d.com/ http://www.custompartnet.com/wu/additive-fabrication http://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing http://nl.wikipedia.org/wiki/3D-printer http://www.utwente.nl/ctw/opm/research/design_engineering/rm/RM%20processes/ http://www.hindawi.com/journals/isrn.mechanical.engineering/2012/208760/ http://www.tenco-proto.com/nl/index.html

- 14 -

MATERIAL EXTRUSION Principe Thermoplastisch materiaal wordt via een spuitkop geëxtrudeerd en zo laag per laag opgebouwd tot een vast product. Deze techniek staat ook bekend onder de naam “Fused Deposition Modelling” (FDM) of “Fused Filament Fabrication” (FFF).

Werking Bij deze techniek wordt thermoplastisch materiaal via een spuitkop verwarmd en geëxtrudeerd, om zo een laag (doorsnede) van het object op een platform aan te brengen. Daarna beweegt het platform een laagdikte naar beneden en wordt het proces herhaald voor het printen van een nieuwe laag. De spuitkop bevat verwarmingsweerstanden die de kunststof smelten wanneer die door de kop gaat. Het geëxtrudeerde laagje stolt onmiddellijk en bindt met de onderliggende laag. Op die manier wordt de gewenste vorm laag per laag opgebouwd. Voor uitsteeksels, overhangende delen of complexe geometrieën moeten supportstructuren mee opgebouwd worden, die voor ondersteuning zorgen. Eens het object volledig opgebouwd is, wordt het supportmateriaal verwijderd. Afhankelijk van het type printer wordt dit materiaal afgebroken of uitgewassen. Nabewerkingen zijn soms nodig om het oppervlak van de geprinte objecten te optimaliseren. Zo worden de geprinte objecten dikwijls nog opgeschuurd of gepolijst zodat de verschillende individuele lagen niet meer zichtbaar zijn. Dit opschuren is echter wel een tijdrovend proces, en het is ook niet altijd mogelijk om alle oppervlakken te bereiken bij complexe vormen. Voor sommige materialen zoals ABS is een acetondampbad ook een alternatief om het oppervlak gladder en glanzender te maken.

- 15 -

FDM-printers zijn er in veel verschillende prijscategorieën, van zelfbouwpakketten tot professionele printers. De aanwezigheid van meerdere spuitkoppen heeft als voordeel dat het mogelijk is om de supportstructuren met een oplosbaar materiaal te printen, of dat het mogelijk is om met meerdere kleuren of materialen tegelijk te printen. Daarnaast maken professionele printers gebruik van een verwarmde printkamer, om krimpscheuren tegen te gaan. De goedkopere printers werken met een optioneel verwarmd bouwplatform. De kwaliteit van de prints hangt af van de dikte van de lagen (resolutie): hoe dunner de lagen (m.a.w. hoe hoger de resolutie), hoe minder zichtbaar ze zijn en hoe gladder het oppervlak van de geprinte objecten is. De dikte van deze lagen ligt meestal tussen 75 en 300µm. Materialen FDM-printers worden gevoed met op rol gewikkeld filament, meestal een thermoplastisch materiaal. De meest gebruikte materialen zijn ABS, PC, PA en PLA. Oplosbare materialen zoals PVA (polyvinylalcohol) worden gebruikt voor de supports. Ook meer “exotische” varianten zoals houtvezel gevulde of rubberachtige filamenten komen stilaan op. In vergelijking met andere 3D-printprocessen, zijn FDMmaterialen relatief goedkoop, wat hen ideaal maakt voor desktop 3D-printen. Echter professionele FDMprinters hebben meer mogelijkheden naar geavanceerde thermoplasten (zoals bv. PPSU, PEI). Voordelen FDM is de goedkoopste 3D-printtechniek en is daardoor heel populair. Er wordt geprint met gekende eindmaterialen en buiten de anisotropie in de Z-richting blijven de eigenschappen gelijk aan de gekende materialen. FDM-modellen zijn eenvoudig na te bewerken, d.m.v. opschuren of polijsten. Nadelen Zonder nabewerkingen heeft een FDM-model een lage oppervlaktekwaliteit en zijn de lagen duidelijk zichtbaar. Verder zijn de mechanische eigenschappen ook anisotroop (meestal is de Z-richting zwakker dan X-Y). Er zijn veel verschillende kleuren beschikbaar, maar het is niet mogelijk om met veel verschillende kleuren gelijktijdig te printen. FDM is ook eerder traag voor sommige complexe geometrieën, vergeleken met andere 3D-printtechnieken.

- 16 -

Geschiedenis De technologie werd ontwikkeld door S. Scott Crump eind jaren ’80 en werd gecommercialiseerd in de jaren ’90 door de firma Stratasys. De term “Fused Deposition Modelling” en de afkorting “FDM” zijn handelsmerken van Stratasys. Meer generieke benamingen zijn “Fused Filament Fabrication” (FFF) of “Melted Extrusion Modelling” (MEM). Fabrikanten (Merknamen) Stratasys (Mojo, uPrint, Dimension, Fortus), 3D Systems (Cube), QU-BD (OneUp), Makerbot (Replicator), Ultimaker (Ultimaker), Leapfrog (Creatr), PP3DP (Up!), Mauk Custom Creations (Cartesio), Aleph Object (LulzBot), Beijing Tiertime Technology (Inspire), MixShop, Solidoodle, InDimension3, Vagler, Afinia, Printrbot, Builder, Tripodmaker, enz.

- 17 -

STEREOLITHOGRAFIE (SLA) Principe Met behulp van een UV-laser wordt een vloeibaar fotopolymeer in een vat laag per laag uitgehard tot een vast product.

Werking Het basismateriaal is een fotopolymeer. Dit is een polymeer dat lichtgevoelig is en bij blootstelling aan UV-licht polymeriseert en uithardt. Het fotopolymeer bevindt zich in een vat. Een laserstraal, die gestuurd wordt m.b.v. een beweegbare spiegel, tekent een doorsnede van het te printen object op het vloeistofoppervlak van het bad met fotopolymeer. Wanneer het laagje op de gewenste plaatsen is uitgehard, beweegt een rakel heen en weer om het oppervlak glad te strijken. Daarna beweegt het bouwplatform een laagdikte naar beneden. Een volgend laagje wordt dan opnieuw uitgehard bovenop de onderliggende, reeds uitgeharde lagen. Dit herhaalt zich tot het volledige object is opgebouwd. Voor uitsteeksels, overhangende delen of complexe geometrieën is het noodzakelijk om supportstructuren te gebruiken, die deze delen van het object verbinden met het bouwplatform. Deze supports zijn breder en dikker aan hun basis en in het midden, dan waar ze verbinding maken met het object zelf. Hierdoor is er voldoende ondersteuning, maar kan het contactpunt tussen de support en het object tot een minimum beperkt worden, zodoende dat de supports achteraf gemakkelijk kunnen verwijderd worden. Eens het object volledig is wordt het uit het bad met vloeibaar polymeer gehaald en laat men het afdruipen en drogen. Eventueel overtollig polymeer wordt afgestreken of weggespoeld. In de meeste gevallen wordt het object nog eens in een UV-oven geplaatst voor een finale uitharding. Tenslotte worden de supports afgeknipt of -gesneden en wordt het oppervlak opgeschuurd of gepolijst.

- 18 -

Materialen SLA printers kunnen objecten produceren met een grote verscheidenheid aan eigenschappen zoals waterbestendigheid, flexibiliteit, duurzaamheid, stijfheid, helderheid, temperatuurbestendigheid en hoge slagvastheid. De fotopolymeren zijn zo ontworpen dat ze andere klassieke kunststoffen zoals ABS of PP sterk benaderen. Helaas worden objecten gemaakt uit fotopolymeren bros na verloop van tijd, vooral wanneer ze veel blootgesteld worden aan licht. De materialen vertonen lichte scheurtjes of barstjes en worden gevoelig voor breuk. Voordelen SLA is een zeer nauwkeurige techniek, die toelaat objecten met zeer fijne details met hoge precisie te vervaardigen. Laagdiktes zijn doorgaans van grootteorde 50µ. Echter, een hoge resolutie gaat steeds ten koste van de productietijd. De goede oppervlaktekwaliteit van het model maakt dat nabewerking niet noodzakelijk is. De individuele lagen zijn nauwelijks zichtbaar, in tegenstelling tot andere 3D-printtechnieken zoals bv. FDM. SLA laat ook toe vrij grote objecten te vervaardigen. Zo zijn de “Mammoth”-machines van Materialise in staat om een volledig autodashboard te produceren. Bij SLA gaat weinig materiaal verloren. Enkel de supportstructuren zijn afval. Overtollig niet-uitgehard, nog vloeibaar polymeer is opnieuw inzetbaar voor een volgende print. Nadelen Een nadeel van SLA is dat er weinig materialen en kleuren beschikbaar zijn. Bovendien zijn de harsen duur in vergelijking tot materialen van andere 3D-printtechnieken. In dit proces kan ook slechts één materiaal tegelijk gebruikt worden, omdat het object opgebouwd wordt in een vat gevuld met éénzelfde fotopolymeeroplossing. Vergeleken met Digital Light Processing (DLP, zie onder), zal SLA een relatief lagere opbouwsnelheid hebben omdat elke laag uitgetekend moet worden door de laserstraal, waar bij DLP elke laag gecreëerd wordt door projectie van een digitaal beeld. SLA kan vergeleken worden met laag per laag tekenen, terwijl DLP meer te vergelijken is met laag per laag drukken. Geschiedenis Stereolithografie was het eerste AM proces. Het hars bestaat al sinds de jaren 1950, maar het proces werd pas in de jaren ‘80 ontwikkeld door Charles Hull. Hij bracht de eerste commerciële SLA printer op de markt in 1987. Fabrikanten 3D Systems (iPro, ProJet), Formlabs (Form1+), D-MEC (Acculas), CMET (ATOMm), DWS (DigitalWax), FSL3D (Pegasus Touch), Shaanxi Hengtong (SPS-series), Shanghai Union Technology (RS-series), …

- 19 -

DIGITAL LIGHT PROCESSING (DLP) Principe Met behulp van een projector wordt een vloeibaar fotopolymeer in een vat laag per laag uitgehard tot een vast product.

Werking Het basismateriaal is een fotopolymeer, dat polymeriseert en uithardt bij blootstelling aan licht. Dit fotopolymeer bevindt zich in een vat. Bij DLP wordt gebruik gemaakt van een projector, van het type zoals gebruikt om beelden op een wand of scherm te projecteren. Een digitale microspiegel (DMD – Digital Micromirror Device) is het kernonderdeel van deze projectors. Deze DMD projecteert een lichtpatroon van een dwarsdoorsnede van het te printen object door een afbeeldingslens op het fotopolymeer. Alleen het deel van het fotopolymeer dat belicht is geworden, hardt uit en hecht zich aan de onderliggende laag van het object in opbouw. Daarna beweegt het bouwplatform in verticale richting een laagdikte naar boven of beneden, afhankelijk van de opstelling. Op die manier wordt het object laag per laag opgebouwd. Uitsteeksels, overhangende delen of complexe geometrieën moeten, net zoals bij stereolithografie (SLA), ondersteund worden door supportstructuren die het object verbinden met het bouwplatform. Eens het object volledig is wordt het uit het bad met vloeibaar polymeer gehaald en laat men het afdruipen en drogen. Eventueel overtollig polymeer wordt afgestreken of weggespoeld. In de meeste gevallen wordt het object nog eens in een UV-oven geplaatst voor een finale uitharding. Tenslotte worden de supports afgeknipt of -gesneden en wordt het oppervlak opgeschuurd of gepolijst.

- 20 -

Materialen DLP printers kunnen objecten produceren met een grote verscheidenheid aan eigenschappen zoals bv. waterbestendigheid, flexibiliteit, duurzaamheid, stijfheid, helderheid, temperatuurbestendigheid en hoge slagvastheid. De fotopolymeren zijn zo ontworpen dat ze andere klassieke kunststoffen zoals ABS of PP sterk benaderen. Echter objecten gemaakt uit fotopolymeren kunnen wel bros worden na verloop van tijd, met name wanneer ze veel blootgesteld worden aan licht. Deze materialen kunnen dan lichte scheurtjes of barstjes vertonen, en gevoelig worden voor breuk. Voordelen DLP is een zeer nauwkeurige techniek, die toelaat objecten met zeer fijne details met hoge precisie te vervaardigen. Laagdiktes zijn doorgaans van grootteorde 50µ (of minder). De goede oppervlaktekwaliteit van het model maakt dat nabewerking niet noodzakelijk is. De individuele lagen zijn nauwelijks zichtbaar, in tegenstelling tot andere 3D-printtechnieken zoals bv. FDM. Bij DLP gaat weinig materiaal verloren. Enkel de supportstructuren zijn afval. Overtollig niet-uitgehard, nog vloeibaar polymeer is opnieuw inzetbaar voor een volgende print. Ten opzichte van SLA heeft DLP een relatief hoge opbouwsnelheid. Reden is dat één laag gecreëerd wordt in één enkele beeldprojectie, terwijl bij SLA de laser het oppervlak moet scannen met één enkel punt. De apparatuur voor DLP is ook goedkoper dan die voor SLA. Nadelen Een nadeel van DLP t.o.v. SLA is dat de toestellen doorgaans veel groter zijn. De basismaterialen zijn dezelfde als voor SLA, dus eerder weinig verschillende harsen en kleuren beschikbaar. Bovendien zijn die harsen ook duur in vergelijking tot materialen van andere 3D-printtechnieken. In dit proces kan ook slechts één materiaal tegelijk gebruikt worden, omdat het object opgebouwd wordt in een vat gevuld met éénzelfde fotopolymeeroplossing. Geschiedenis DLP is nog een vrij nieuwe techniek. Deze techniek, oorspronkelijk ontwikkeld door de firma EnvisionTec, is nog maar op de markt sinds 2002. Fabrikanten (Merknamen) EnvisionTec (Perfactory), B9Creations (B9Creator), Kudo3D (Titan 1), Asiga (Freeform), Carima (Master+, Master EV), Kevvox (SP Series), Robotfactory (3DL printer), Trimaker, (T-Black), MiiCraft, Prodways, Rapidshape …

- 21 -

PHOTOPOLYMER (MATERIAL) JETTING Principe Een lichtgevoelig polymeer (fotopolymeer) wordt laag per laag met behulp van een printkop op het printoppervlak aangebracht en wordt telkens onmiddellijk uitgehard door een UV-lamp, die op de printkop bevestigd is.

Werking Dit proces is een combinatie van de technieken die gebruikt worden in inktjet (2D) printen en stereolithografie. De manier waarop een laag materiaal opgebouwd wordt is vergelijkbaar met inktjet printen in die zin dat de printkop, voorzien van een aantal spuitkoppen, kleine druppeltjes bouw- en supportmateriaal deponeert op het printoppervlak. De materialen zijn acrylaat-gebaseerde fotopolymeren die telkens laag per laag moeten uitgehard worden via UV-licht, net zoals in stereolithografie. Wanneer een laag is geprint en uitgehard, beweegt een rakel heen en weer om het oppervlak glad te strijken. Daarna beweegt het bouwplatform een laagdikte naar beneden zodat de volgende laag kan geprint worden. Dit proces herhaalt zich tot het volledige object is opgebouwd. De twee voornaamste bedrijven die ontwikkelingen hebben gerealiseerd op vlak van apparatuur voor deze techniek zijn Objet Geometries Ltd. (nu onder Stratasys) en 3D Systems. Beide bedrijven gebruiken dezelfde principes en technologie, maar het supportmateriaal is verschillend. De PolyJet-technologie van Objet maakt gebruik van een support materiaal dat eveneens UV-gevoelig is, net als het bouwmateriaal.

- 22 -

Bijkomend voordeel is dat in dit toestel verschillende materialen gemixt kunnen worden en op die manier harde en flexibele stukken in 1 product geprint kunnen worden. Het support materiaal hardt echter in mindere mate uit, en kan achteraf met water (onder hoge druk) worden weggespoeld. Bij de ProJet-technologie van 3D Systems is het supportmateriaal een soort was. Dit materiaal wordt achteraf verwijderd door het weg te smelten. Deze techniek wordt veel gebruikt voor prototyping wegens de hoge resolutie (tot 16µ laagdikte, nauwelijks voelbaar) en de mogelijkheid om de functie en “look & feel” van het gewenste eindproduct te benaderen. Ook voor medische toepassingen wordt deze techniek vaak gebruikt. Materialen De keuze aan fotopolymeermateriaal is eerder beperkt. Er zijn echter toestellen die de mogelijkheid hebben om twee materialen met verschillende eigenschappen (bv. een flexibel en een stijf materiaal) te mengen, zodat toch een zekere range van kleuren en mechanische eigenschappen kan bekomen worden. Verschillende biocompatibele materialen zijn beschikbaar, geschikt voor gebruik in medische toepassingen of tandheelkunde. Voordelen Met deze techniek kunnen met sommige toestellen 2 verschillende materialen gelijktijdig geprint worden, wat de mogelijkheid biedt om 2K te printen. Dit wordt veel gebruikt voor objecten met harde en zachte onderdelen zoals bv. een tandenborstel met harde basis en rubberachtige handgreep. Een object gemaakt met deze techniek heeft weinig nabewerking nodig. Andere voordelen zijn snelheid, uitstekende oppervlaktekwaliteit en hoge resolutie (tot 16µ laagdikte). Nadelen Zowel de techniek als de materialen zijn zeer duur. Het gebruikte materiaal kan niet goed tegen warmte. De HDT (“Heat Deflection Temperature” of temperatuur waarbij het materiaal kan worden vervormd) bedraagt voor de meeste materialen ca. 55°C. Geschiedenis Objet Geometries Ltd. (Israel) bracht zijn PolyJet-technologie op de markt in 2000. In juli 2002 bracht ook 3D Systems (VS) zijn technologie op de markt onder de naam InVision. Intussen wordt deze technologie verkocht onder de naam ProJet. In het najaar van 2007 bracht Objet een nieuw systeem op de markt onder de naam Connex500, waarmee het mogelijk werd om twee materialen gelijktijdig te gebruiken. In 2012 werd Objet overgenomen door Stratasys Inc. Fabrikanten (Merknamen) Stratasys (PolyJet), 3D Systems (ProJet), Qingdao (Anyprint), …

- 23 -

INKJET PRINTING Principe Deze techniek is gebaseerd op het gewone 2D printen van inkt op papier. De inkt wordt hier echter vervangen door thermoplastische of wasachtige materialen, die in gesmolten toestand gehouden worden. Bij het printen, zullen kleine vloeibare druppeltjes van dit materiaal onmiddellijk stollen na deponeren, om zo laagsgewijs het te bouwen object te vormen.

Werking Het bouwmateriaal is thermoplastisch en het supportmateriaal is een soort was. Beide worden in vloeibare toestand in verwarmde reservoirs gehouden. Deze materialen worden gevoed aan een printkop die in een horizontaal vlak beweegt boven het bouwplatform. Deze printkop deponeert kleine druppeltjes op de gewenste plaatsen (“drop on demand” of DOD) om zo een laag van het te bouwen object te vormen. Zowel het bouwmateriaal als het supportmateriaal koelen onmiddellijk af en stollen. Na het voltooien van een laag, beweegt een freeskop over het materiaal om het oppervlak effen en glad te maken, zodat ook de laagdikte overal uniform blijft. De fijne partikeltjes die loskomen bij dit frezen, worden opgezogen door een soort stofzuiger. Daarna beweegt het bouwplatform een laagdikte naar beneden zodat de volgende laag kan geprint worden. Wanneer het object vervolledigd is, wordt het wassen supportmateriaal weggesmolten. Dit proces wordt ook wel “thermal phase change printing” genoemd en wordt meestal toegepast voor prototyping, maar ook voor vervaardigen van juwelen of medische toepassingen.

- 24 -

Materialen De materialenkeuze bij deze techniek is eigenlijk heel beperkt. Meestal gaat het om wasachtige materialen. Sinds 2013 heeft Arburg een nieuwe gepatenteerde technologie ontwikkeld, het Arburg kunststof freeformingproces (AKF). Hierbij wordt gebruik gemaakt van conventioneel kunststofgranulaat dat wordt opgesmolten via een schroef. Van zodra er voldoende massa is opgesmolten, worden er kleine viskeuze druppeltjes gedeponeerd, die onmiddellijk stollen. Voordelen InkJet printen heeft als voornaamste voordelen: hoge resolutie, uitstekende oppervlaktekwaliteit en hoge precisie. Nadelen InkJet printen verloopt zeer traag (zeker voor grote objecten) en de materiaalkeuze is beperkt. Ook zijn de geproduceerde objecten steeds fragiel. De apparatuur is duur. Geschiedenis Sanders Prototype Inc. brengt in 1994 de ModelMaker 6Pro, en in 1997 de ModelMaker II op de markt, als eerste Inkjet 3D-printers. In 2000 verandert deze firma zijn naam in Solidscape Inc. en lanceert ook de PatternMaster 3D-printer. Solidscape specialiseert zich meer en meer op tafelmodel 3D-printers en richt zich daarbij op de juwelenmarkt, maar ook op productie van tandprothesen. In 2011 wordt de firma overgenomen door Stratasys Inc. Fabrikanten (Merknamen) Arburg (Freeformer), Solidscape (nu een afdeling van Stratasys), 3D Systems (MJM, Thermojet), en andere.

- 25 -

BINDER JETTING Principe Binder Jetting (ook soms Inkjet Powder Printing of Z-Printing genoemd) is het sproeien van een soort lijm op een poederbed, waardoor een laag poeder selectief aan elkaar gelijmd wordt. Bij deze techniek wordt met een printkop een vloeibaar bindmiddel op het poeder gedeponeerd. Laagsgewijs wordt zo een object opgebouwd.

Werking Het printproces start met een geautomatiseerde rol die een eerste laag poeder aanbrengt op het bouwplatform. Het poeder wordt vanuit een piston gevoed zodat een dicht op elkaar gepakte laag ontstaat. Eventueel teveel aan poeder wordt naar de zijkanten geborsteld. De printkop brengt dan het bindmiddel aan volgens de contouren van een doorsnede van het object. Deze stappen herhalen zich, en het object wordt zo laag per laag opgebouwd. Wanneer het bindmiddel gekleurd is kunnen er full colored modellen gemaakt worden. Supportstructuren zijn niet nodig bij deze techniek, omdat het object in opbouw continu ondersteund wordt door het niet-gebonden poeder (poeder waar geen bindmiddel is aangebracht). Na het printen wordt het overtollige poeder verwijderd, en wordt het object eventueel nog schoon geblazen met perslucht. Dit poeder kan opnieuw gebruikt worden voor een volgende print. Als nabewerking wordt het object meestal nog geïmpregneerd met epoxy, secondelijm of paraffine, om de mechanische eigenschappen, de oppervlaktekwaliteit en de kleuren te verbeteren.

- 26 -

Materialen Een groot gamma aan materialen is reeds ontwikkeld voor dit proces. De verschillende mogelijke combinaties van bindmiddelen en poeders, maken een brede range aan materiaaleigenschappen mogelijk. De composietmaterialen gebruikt in binder jetting, vertonen eigenschappen gaande van hard tot flexibel en van glad tot poreus. Naast gips of kunststof, worden ook metaal- en keramische poeders gebruikt bij deze techniek. Volle, massieve metalen objecten kunnen geproduceerd worden via binder jetting, maar deze techniek wordt minder gebruikt vermits er nog enkele tijdrovende stappen volgen na het printen zelf. Desalniettemin is het een toegankelijke en goedkope techniek om metalen stukken te produceren. Voordelen Het grootste voordeel van deze techniek is de mogelijkheid om gekleurde objecten te maken. Er is ook geen supportmateriaal nodig, het niet gebonden poeder dient namelijk als support. Verder werkt deze techniek vrij snel, en is de materiaalkost relatief laag. Nadelen Het grootste nadeel van deze techniek is dat het object zeer bros is, zeker zonder nabewerking. Nabehandeling zoals het object impregneren met epoxy, secondelijm, of paraffine is daarom noodzakelijk. De sterkte zal hierdoor verbeteren, echter de brosheid blijft. De resolutie en de oppervlaktekwaliteit zijn beperkt. Geschiedenis De technologie werd ontwikkeld aan het “Massachusetts Institute of Technology” (MIT) in 1993. In 1995 verkreeg Z Corporation een exclusieve licentie. In het jaar 2000 kwam het eerste kleursysteem op de markt, en in 2004 werd deze technologie flink verbeterd door de introductie van het 24-bit kleursysteem. Z Corporation is intussen ook reeds overgenomen door 3D Systems (2012). Fabrikanten MIT verleent exclusieve licenties aan een aantal bedrijven:

pp 3D Systems (gips) - sinds de overname van Z Corp in 2012 pp ExOne (metaal, glas en zand) pp Höganäs AB (metaal) pp Viridis 3D (metaal en keramiek) pp Voxeljet AG (zand, kunststof) Andere zijn ook: Aprecia Pharmaceuticals (farmaceutische toepassingen), Integra LifeSciences (medische toepassingen).

- 27 -

SELECTIVE LASER SINTERING (SLS) Principe Met behulp van een laser wordt poedervormig materiaal aan elkaar gesinterd tot een vast product.

Werking Het bouwplatform bevindt zich in een afgesloten printkamer van 70°C gevuld met stikstofgas, om oxidatie en krimp tegen te gaan. Tijdens productie wordt een dun laagje poedervormig materiaal gelijkmatig verdeeld over de kamer door een geautomatiseerde rol. Het poeder wordt aangevoerd vanuit een bak net naast de printkamer. Het wordt op een verhoogde temperatuur gehouden zodat het gemakkelijk smelt wanneer het bestraald wordt met de laser. De laserstraal (van bv. een CO2-laser) beweegt dan over het poeder en sintert plaatselijk het poeder aan elkaar zodat een doorsnede van het object bekomen wordt. Daarna wordt een nieuwe laag poeder aangebracht door de rol, en zal de laser de volgende laag sinteren. Omdat de bouwkamer op een verhoogde temperatuur gehouden wordt, is er na afloop van het printproces wel enige afkoeltijd nodig. De nabehandeling bestaat voornamelijk uit het verwijderen (wegblazen) van het overtollige poeder. Er bestaan ook varianten op SLS, die hoofdzakelijk op metaalpoeders toegepast worden. Zo is Selective Laser Melting (SLM) zeer vergelijkbaar met SLS, maar hier wordt een hoog energetische laser gebruikt (zoals bv. een ytterbium fiber laser) in een bouwkamer gevuld met een inert gas (bv. argon of stikstof), waarbij het poeder niet gesinterd maar gesmolten wordt. Een andere variant is Electron Beam Melting (EBM), waarbij gebruikt gemaakt wordt van een elektronenbundel als energiebron en waarbij de bouwkamer vacuüm is. - 28 -

Materialen Er zijn heel wat materialen commercieel beschikbaar die gebruikt kunnen worden: kunststoffen zoals polyamide (al of niet versterkt met glas-, of koolstofvezel) en polystyreen voor SLS, en andere zoals staal, titanium en gietzand voor SLM en EBM. De meeste SLS machines maken gebruik van 2-component poeder, d.w.z. een ‘gecoat’ poeder of een poeder waarbij aan het basismateriaal een compound is toegevoegd om het sinteren te vergemakkelijken. Er bestaan echter ook machines die gebruik maken van 1-component poeder, welke minder poreuze producten van hogere kwaliteit opleveren. Voordelen Omdat het te sinteren object tijdens het vervaardigen omgeven is door ongesinterd poeder, zijn er geen supportstructuren nodig om uitsteeksels of complexe geometrieën te ondersteunen. Dit poeder kan ook grotendeels opnieuw gebruikt worden bij een volgend printproces, zodat er weinig materiaal verloren gaat. Bij printen met SLS is het mogelijk om dichtheden te bereiken, die vergelijkbaar zijn met dichtheden verkregen via conventionele productietechnieken. Het bekomen van goede mechanische eigenschappen is haalbaar zodat het maken van realistische prototypes of een kleine serie van complexe producten mogelijk is. Ook bewegende onderdelen en reeds geassembleerde producten kunnen gemaakt worden. Nadelen De oppervlaktekwaliteit van SLS-objecten is laag: het oppervlak is korrelig en nabewerking is in veel gevallen vereist. Nabewerken van het object kan op verschillende manieren, zoals stralen, plamuren en/of schuren. Gesinterde objecten zijn ook poreus, dus is een infiltratie met een ander materiaal soms nodig om de mechanische eigenschappen te verbeteren. De methode is ook complex en vereist dure apparatuur (laser) Geschiedenis SLS werd ontwikkeld door Carl Deckard en zijn collega’s aan de Universiteit van Texas in Austin (VS). De technologie werd in 1989 gepatenteerd en werd oorspronkelijk verkocht door DTM Corporation. DTM werd in 2001 overgenomen door 3D Systems. Fabrikanten Fabrikanten van SLS-apparatuur: 3D Systems, EOS GmbH, 3Geometry, Aspect Inc., Beijing Longyuan Automated Fabrication System, Hunan Farsoon High Tech, Matsuura Machinery, Trumpsystem Precision Machinery, …

- 29 -

PROOF OF CONCEPT: 3D-PRINTEN OP TEXTIEL- EN KUNSTSTOFMATERIALEN Voor een 10-tal textiel- en kunststofverwerkende bedrijven uit de gebruikersgroep werden in het kader van dit project printtesten uitgevoerd op hun materialen. Een selectie van heel uiteenlopende voorbeelden wordt hieronder in meer detail beschreven.

Op het gebied van kunststofverwerking zag thermovormer Vitalo Industries nv potentieel in 3D-printen, met name wanneer een extra functionaliteit zou kunnen aangebracht worden op een gethermoformeerd stuk. Diverse voorbehandelingen werden uitgetest om een optimale hechting tussen de 3D-print en het basisstuk te bekomen. Bij wijze van voorbeeld van extra functionaliteit werd met succes een kabelgootje geprint op een gethermoformeerd ABS-PMMA plaatje. Ook het printen van een soort ‘snapfit’ op een plaat, of het printen van een dichting (in bv. TPE-materiaal) op een complex gethermoformeerd stuk zou zeker een meerwaarde betekenen in combinatie met de thermovormtechniek. Elasta Ind is producent van elastische en niet-elastisch band, lint en koord. Elasta weeft, breit en vlecht banden voor uiteenlopende toepassingen. Op vraag van, en samen met klanten worden nieuwe artikelen ontworpen, onder meer in het kader van intelligent textiel. Elasta ziet mogelijke toepassingen in een combinatie van (niet-) elastische band en additive manufacturing (bv 3D-geprinte behuizingen) voor sensoren; zowel via integratie in kleding, meubelen, automotive als op zichzelf staande oplossingen. De mogelijkheden om 3D-structuren te printen voor het incorporeren van elektronica op elastisch textiel werden gescreend. Daarbij werden de mogelijkheden om zowel flexibele als rigide structuren te printen, geëvalueerd. De combinatie van soepel elastisch textiel en harde geprinte structuren gaf een goede verbinding zonder risico op scheuren bij uitrekken. Er is echter nog nood aan aangepaste apparatuur om de gewenste prints op een grotere schaal te kunnen realiseren. Ook biedt een verdere ontwikkeling van (gefunctionaliseerde) materialen waarmee geprint kan worden een duidelijke meerwaarde.

- 30 -

Goede hechting bij het printen van een flexibele TPE structuur (links) en rigide PLA structuren (rechts) op een elastisch PES breisel voor de integratie van elektronica in intelligent textiel.

Goede hechting bij printen met o.a. PLA op een gebreide PES matrastijk (links) en PA op een geweven PES/PP matrastijk (rechts).

De Bekaert Textiles Group is gespecialiseerd in de ontwikkeling en productie van matras- en bedtextiel. Momenteel wordt Additive Manufacturing nog niet toegepast in Bekaert Textiles maar dit lijkt ons een interessante technologie met diverse toepassingsmogelijkheden. Daarom volgt Bekaert Textiles de ontwikkelingen van dichtbij op via het AMonTP-project. Via verkennende printtesten op matrastijk leren we de mogelijkheden en beperkingen kennen.

FRANCIS MARTROYE Bekaert Textiles

- 31 -

Ook de creatieve sector toont interesse in de mogelijkheden van het 3D-printen op textiel. Anita Evenepoel ontwerpt reeds vele jaren juwelen, mode, kostuums en installaties uit soepele materialen. Verschillende van haar creaties werden bekroond. Ze is gastdocente aan de Koninklijke Academie voor Schone Kunsten te Antwerpen (Afdeling mode & juwelen). Anita Evenepoel wordt geïnspireerd door de vernieuwende combinaties van 3D-printen op uiteenlopende materialen. Op een hele reeks materialen werden de mogelijkheden qua hechting geëvalueerd. Mits aangepaste apparatuur zal dit zeker leiden tot unieke ontwerpen.

Goede hechting bij printen met o.a. PLA op een PA weefsel

- 32 -

TOEKOMSTPERSPECTIEVEN EN VERDERE ACTIES

Bovenstaande voorbeelden tonen duidelijk aan dat er een potentieel is voor de combinatie van conventionele productietechnieken en Additive Manufacturing tot een hybridetechnologie. In het project werden diverse toepassingsdomeinen gedefinieerd waar Additive Manufacturing een meerwaarde kan betekenen. Door rechtstreeks te printen op materialen, die met klassieke productieprocessen werden geproduceerd, kan een specifieke afwerking op maat worden uitgevoerd. Dit biedt zowel voor de textielen kunststofverwerkende industrie interessante mogelijkheden in bijvoorbeeld onderstaande domeinen. Textielproductie op maat speelt een belangrijke rol voor veiligheidskledij en sportkledij. Voor sportkledij is een mogelijke toepassing het rechtstreeks printen van verstevingsstukken (op maat ontworpen vanuit een bodyscan) op standaardproducten, denken we hierbij aan kniebescherming, schouderstukken, alsook schoeisel op maat. In technisch textiel worden vaak ook heel specifieke bevestigingsstukken vereist. Indien deze niet in grote oplages gemaakt kunnen worden of de bevestiging kritisch is, kan het rechtstreeks 3D-printen mogelijks ook een oplossing bieden. Op deze manier kunnen bijvoorbeeld ook haken en lussen voor verankering in textiel geïntegreerd worden. Daarnaast biedt ook het printen van 3D-detailstructuren op een textieldragermateriaal toepassingen tot producten met een toegevoegde waarde. Dit bijvoorbeeld in het domein van filtersystemen (verstevigingsrooster), het printen van antislipstructuren op de achterzijde van tapijt, het printen van braille-structuren of een unieke identificatie van textielmaterialen door met specifieke materialen een 3D watermerk of code te printen tijdens het productieproces, … Ook bij confectie kan op gebied van massacustomisatie gedacht worden aan het rechtstreeks 3D-printen van complexe structuren of bijvoorbeeld heel unieke knopen. Andere eerder decoratieve toepassingen zijn het printen van tekst/logo’s/reclame in 3D op textiel. Vanuit het interieurtextiel kan het functionaliseren ook interessant zijn (vb. gordijnen met structuur erop, oprolmechanisme of haakjes/gewichtjes mee integreren). 3D-printing biedt ook opportuniteiten in de verdere ontwikkelingen van slim textiel. Enkele mogelijke toepassingen hiervoor zijn te vinden in het printen van de encapsulatie van smart textile devices. Als bovendien ook met voldoende geleidende materialen geprint kan worden, ligt een markt open voor het rechtstreeks printen van slimme driedimensionale functionaliteiten op textiel. Maatwerk bij onderdelen die via spuitgieten of thermovormen geproduceerd worden vraagt telkens aanpassingen aan het productieproces (o.a. aanmaak specifieke matrijs). Kleine series worden economisch efficiënter realiseerbaar indien een basisstuk gemaakt wordt via bijvoorbeeld spuitgieten of thermovormen in een grote oplage waarna dit stuk dan, via het rechtstreeks 3D-printen, met de nodige details op maat van de klant voorzien wordt. Bovendien biedt het printen met een materiaal dat verschillend is van het dragermateriaal ook soms een extra meerwaarde omdat men zo een complementariteit in materiaaleigenschappen bekomt.

- 33 -

Daarnaast zijn nog vele andere mogelijkheden te bedenken waarbij onze verbeelding de “enige limiterende factor” is. In verdere projecten, o.a. FDM4TP, zullen samen met geïnteresseerde bedrijven nieuwe toepassingen uitgewerkt worden. Om dit mogelijk te maken bij onze Vlaamse bedrijven is er echter nog verder onderzoek, ontwikkeling en bedrijfsondersteuning noodzakelijk in diverse stappen in de waardeketen.

pp De technologische uitwerking voor de integratie van Additive Manufacturing apparatuur in het conventionele productieproces.

pp Het aanbod aan kunststofmaterialen (in filamentvorm) waarmee geprint kan worden. Een aantal voor de textiel- en kunststofverwerkende industrie heel belangrijke materialen zijn nu nog niet beschikbaar. Naast de nodige mechanische eigenschappen moeten de filamentmaterialen ook de gewenste functionaliteiten voorzien (zoals o.a. brandwerendheid, antimicrobiële, geleidende eigenschappen, …). Op 1 oktober 2014 werd daartoe het VIS-traject FDM4TP

- Potentieel van Fused Deposition

Modelling (3D-printing) in de textiel- en kunststofverwerkende sector - opgestart door Centexbel, Sirris en UGent-CPMT (www.FDM4TP.be). Dit traject voorziet verdere technologische ondersteuning en onderzoek om een ruimere toepasbaarheid en de integratie van 3D-printtechnieken in huidige productieprocessen binnen de textiel- en kunststofverwerkende industrie mogelijk te maken. De Fused Deposition Modelling (FDM) techniek staat centraal in het traject. Om deze techniek in combinatie met klassieke productieprocessen te kunnen uitvoeren zal een prototype ontwikkeld worden van een flexibele printunit die geïnstalleerd kan worden in de gewenste productiestap. Van diverse basismaterialen wordt de mogelijkheid bekeken om ze als filamenten te gebruiken in de FDM-techniek. Daarbij is er vraag om zowel met rigide alsook flexibele materialen te kunnen printen. Een bijkomende meerwaarde kan bekomen worden met gefunctionaliseerde filamenten als input voor het 3D-printen. De hechting tussen het materiaal waarmee geprint wordt en het substraat waarop geprint wordt, zal ook duidelijk in kaart gebracht worden, en waar nodig wordt nagegaan hoe de hechting geoptimaliseerd kan worden. Daarbij is het de bedoeling om via demonstratoren steeds meer bedrijven met de mogelijkheden van 3D-printing technieken vertrouwd te maken om verdere innovaties in de hand te werken. Dit vervolgproject richt zich enerzijds tot de textiel- en kunststofverwerkende bedrijven die op een efficiëntere manier technisch hoogwaardige productie op maat willen aanbieden. Daarnaast is dit traject ook bedoeld voor bedrijven actief in de machinebouw om de FDM techniek te integreren in bestaande productieconcepten. Er is bovendien een rol weggelegd voor extrusie- en compoundeerbedrijven en kunststofproducenten om de nodige diversiteit in materialen onder de vorm van direct bruikbare monofilamenten aan te bieden.

- 34 -

AMONTP ADDITIVE MANUFACTURING: TOEKOMSTIGE SLEUTELTECHNOLOGIE VOOR HET OPWAARDEREN VAN TEXTIEL- EN KUNSTSTOFPRODUCTIE Een project uitgevoerd door Centexbel, Flanders’ Plastic Vision en Federplast.be/Sirris als partner in het Nieuw Industrieel beleid van het Agentschap Ondernemen

1 maart 2013 – 28 februari 2015

www.AMonTP.be

CONTACTPERSONEN Centexbel | Karen Deleersnyder | [email protected]

VKC-Centexbel | Jan Hoogewys | [email protected]

Flanders’ PlasticVision | Melanie Vandenbussche | [email protected]

Federplast.be | Julie Leroy | [email protected]

Sirris | Andries Reymer | [email protected]

- 35 -

ADDITIVE MANUFACTURING Toekomstige sleuteltechnologie voor het opwaarderen van textiel- en kunststofproductie [AMonTP]

AMonTP is partner van het Nieuw Industrieel Beleid, mogelijk gemaakt door Vlaanderen in Actie en het Agentschap Ondernemen