Hybride harsen geven impuls aan DLP 3D printen

DSM rekent met hybride harsen af met krimp en warping bij DLP-printen.

De vraag naar betere materialen voor DLP en LCD printers neemt toe nu 3D printen opschuift richting de productie van eindonderdelen. De huidige generatie harsen biedt onvoldoende maatvastheid en vlakheid. Hybride harsen lossen dit probleem op, zegt Andrew Graves, Equipment Partnership Manager bij DSM. Dit kan 3D printen met lichtgevoelige harsen een boost geven, niet alleen voor serieproductie, ook voor het 3D printen van grotere onderdelen.

3D printen met lichtgevoelige harsen heeft veel potentie. De detaillering is namelijk zeer hoog, de afwerkingsgraad goed en de DLP en LCD printers onderscheiden zich met hun hoge printsnelheid doordat de hele laag in één keer met UV-licht wordt uitgehard. De materialen zijn echter de achilleshiel van deze technologie, zegt Andrew Graves, die bij DSM de relaties met printerfabrikanten onderhoudt. De huidige acrylaat gebaseerde harsen zijn heel geschikt voor kleine toepassingen maar bij gebruik op DLP printers vertonen grotere componenten teveel krimp en vervorming, waardoor de maatnauwkeurigheid verloren gaat en de onderdelen krom trekken. “Krimp is je grootste vijand”, zegt Graves. “Onderdelen die vlak moeten zijn, komen vervormd uit de printer.”

Hybride materialen

Door de hybride harsen voor groot formaat SLA 3D printers aan te passen aan de andere golflengten van de DLP en LCD printers, willen de materiaalontwikkelaars van DSM deze tekortkomingen wegwerken. Hybride staat voor een combinatie van epoxy en acrylaat, die samen de nauwkeurigheid en de mechanische eigenschappen verbeteren. “Dit jaar zullen we verschillende van deze materialen vrijgeven voor de markt om daarmee maatnauwkeurige en vlakke onderdelen te printen op een DLP printer”, zegt Andrew Graves. “Nu we de juiste formuleringen hebben, kunnen we gaan testen met meerdere bedrijven. Wij geloven dat we een vlakheid halen die de hoogste is in z’n klasse.” Dat opent tevens de weg naar het 3D printen van grotere producten met DLP printers en zeker de LCD 3D printers. Onderdelen van 300 tot 400 mm komen met de hybride harsen vlak uit de printer. “We werken ook aan materialen met een hele andere chemische samenstelling, met als doel om ofwel breder inzetbare materialen te ontwikkelen of materialen voor specifieke doelen, met specifieke mechanische eigenschappen”, zegt Andrew Graves.

Somos QuickGen 500 is het eerste materiaal in de reeks. Het materiaal werd ontwikkeld voor prototypetoepassingen die zowel flexibiliteit als terugvering vereisen. QuickGen 500 is flexibeler dan andere harsen maar stijver dan elastomeren en is ontworpen voor printen met hoge snelheid en snelle nabewerking. Graves denkt overigens dat de markt vooral op zoek is naar een breed inzetbaar materiaal dat goede resultaten in serieproductie oplevert. “Net als bij spuitgieten, waar veel vraag is naar ABS.” DSM wil een brede range materialen ontwikkelen, zodat gebruikers de voor hun toepassing best passende formulering kunnen kiezen.

Duurzaamheid is een breed begrip. Recycleerbaarheid is de gemakkelijkste betekenis. Als je vanuit een brede blik naar duurzaamheid kijkt, dragen DLPmaterialen bij zodra er meer hernieuwbare grondstoffen in verwerkt zijn.

Hoe duurzaam?

Duurzaamheid wordt een belangrijk thema in de industrie. Thermoharders laten zich echter, in tegenstelling tot thermoplasten, niet zo makkelijk recyclen. Hoe past de ontwikkeling van de DLP materialen in de duurzaamheidspolitiek van DSM? “Duurzaamheid is een breed begrip”, reageert Andrew Graves. “De makkelijkste betekenis is recycleerbaarheid. Thermovormers zijn gemakkelijker te recycleren, dus ook onze poeders, korrels en filamenten. Maar je kunt ook anders naar duurzaamheid kijken.” Hij wijst op het gebruik van hernieuwbare materialen als feedstock voor de resins. Sommige materialen die DSM gebruikt, komen van biogrondstoffen. Minstens zo belangrijk vindt hij het om de betekenis van lokale productie mee te nemen in de beoordeling hoe duurzaam een technologie is. “Bij 3D printen hoef je niet eerst het materiaal en daarna de producten te verschepen.” En hoe groot is bijvoorbeeld de bijdrage als je dankzij printing on demand geen producten meer hoeft op te slaan en wellicht uiteindelijk ongebruikt weg te gooien? Hoeveel energie bespaart dat? Hoeveel afval voorkom je daarmee? Design is een andere strategie om duurzaamheid te vergroten: als je door het design aan te passen minder materiaal en energie nodig hebt, ben je ook duurzamer. Andrew Graves is overtuigd dat als je vanuit een bredere blik naar duurzaamheid kijkt, DLPmaterialen bijdragen aan een meer duurzame samenleving. De voorwaarde is wel dat er meer hernieuwbare grondstoffen in verwerkt worden. “Vooral doordat deze nieuwe materialen meer toepassingen mogelijk maken. Daardoor hebben we minder afval en een kleinere carbon footprint.” DSM is gestart met het opstellen van volledige LCA’s (Life Cycle Assessment) voor bepaalde materialen waarbij ook de toepassing en end-of-life in aanmerking wordt genomen. Dat moet absoluut uitgebreid worden, vindt Graves. Klanten zullen daar in de toekomst meer naar gaan vragen.

Funding geeft impuls aan R&D

Andrew Graves werkt al meer dan 30 jaar met SLA technologie (zie kader). Waarom heeft het zolang geduurd voordat de huidige materiaalontwikkeling op gang kwam? Andrew Graves zegt dat zowel de impuls die van start-ups uitgaat als de beschikbaarheid van venture capital deze ontwikkeling op gang hebben gebracht. De industrie ontbrak het aan schaalgrootte om voldoende investeringsmiddelen aan te trekken. Dat is nu anders. Er is veel venture capital beschikbaar voor het hele traject, van software en printer tot en met materialen. En sinds de technologie meer open is, zijn allerlei partijen met ideeën aan de slag gegaan om de technologie te verbeteren. Zo zijn DLP en LCD printtechnologie ontwikkeld om het probleem dat je voor SLA een heel stabiel bad vol hars nodig hebt, op te lossen. Een van deze start-ups waarmee DSM nauw samenwerkt is Origin, eind 2020 gekocht door Stratasys. Origin heeft vanaf het begin open partnerschappen gehad met verschillende materiaalproducenten, behalve met DSM ook met BASF en Henkel. Andrew Graves vindt dit de juiste strategie. Gesloten systemen werken niet om de markt open te breken. “Vandaag print je als toeleverancier 10.000 onderdelen voor deze klant, volgende week 10.000 onderdelen voor een andere. Dan moet je het beste materiaal voor elke toepassing kunnen kiezen. Dan kan deze industrie groeien.” Dat is ook de strategie van DSM: door samen te werken met andere partijen de totale 3D printkoek vergroten. “Als we samen de hele taart groter maken, wordt vanzelf ieders taartpunt ook groter.” Bovendien, voegt hij hieraan toe: OEM’ers zullen nooit voor een single source technologie kiezen. “Ze willen van meerdere leveranciers materialen betrekken.”

Andrew Graves.

Een 3D geprinte spuitgietmatrijs voor het valideren van designs.