Hoe vult Additive Manufacturing traditionele extrusie aan?

Additieve productie¹ (AM), beter bekend als 3D printen, en traditionele extrusie zijn twee verschillende maar complementaire productieprocessen die, wanneer ze gecombineerd worden, de productiemogelijkheden in verschillende industrieën aanzienlijk kunnen verbeteren. Met AM worden objecten laag voor laag opgebouwd uit digitale modellen, waardoor snel prototypes kunnen worden gemaakt en complexe geometrieën kunnen worden gecreëerd die met traditionele methoden een uitdaging zouden vormen. Bij traditionele extrusie daarentegen wordt materiaal door een matrijs geperst om continue vormen te produceren zoals buizen, profielen of platen, waardoor het ideaal is voor massaproductie van consistente componenten in grote volumes.

Additieve productie verbetert traditionele extrusie² door snelle prototyping, aangepaste productie en complexe tooling mogelijk te maken, terwijl extrusie uitblinkt in grote volumes en gestandaardiseerde productie, wat samen efficiëntie en innovatie optimaliseert.

Deze blogpost onderzoekt hoe additive manufacturing traditionele extrusie aanvult en biedt inzicht in hun synergie, technische aspecten en praktische toepassingen. Door de sterke punten van beide processen te benutten, kunnen fabrikanten meer flexibiliteit bereiken, kosten besparen en innovatie in hun productiestrategieën stimuleren.

Wat is additieve productie?

Additive manufacturing (AM), ook wel 3D-printen genoemd, is een transformatieve technologie waarbij objecten worden gemaakt door laag voor laag materiaal toe te voegen op basis van een digitaal model. In tegenstelling tot traditionele subtractieve methoden waarbij materiaal wordt weggesneden, bouwt AM onderdelen vanaf de grond op, wat een ongeëvenaarde ontwerpflexibiliteit biedt. Volgens Wohlers Associates omvat AM processen zoals materiaalextrusie, fotopolymerisatie in een vat en poederbedfusie, elk geschikt voor specifieke materialen zoals polymeren (bijv. ABS, PLA), metalen (bijv. titanium, aluminium) en keramiek.

AM schijnt in snelle prototyping³ontwerpers snel kunnen itereren en bij de productie van onderdelen op maat of in kleine series, zoals medische implantaten of onderdelen voor de ruimtevaart. De lagere snelheid en hogere kosten per onderdeel maken het echter minder ideaal voor grootschalige productie in vergelijking met traditionele extrusie.

Wat is traditionele extrusie?

Traditionele extrusie is een productieproces waarbij materiaal - vaak een thermoplast, metaal of keramiek - wordt verhit en door een matrijs wordt geperst om voorwerpen met een vaste dwarsdoorsnede te maken. Dit continue proces blinkt uit in het produceren van lange, uniforme vormen zoals pijpen, draden en profielen, voor industrieën zoals de bouw, de automobielindustrie en de verpakkingsindustrie Britannica.

De workflow omvat materiaalvoorbereiding, verhitting, extrusie door een matrijs, koeling en snijden. Omdat extrusie zo efficiënt is in het verwerken van grote volumes met minimaal afval, wordt het vaak gebruikt voor massaproductie. Extrusie is echter beperkt tot consistente doorsneden en vereist een aanzienlijke investering in het ontwerp van de matrijs.

Hoe vult Additive Manufacturing traditionele extrusie aan?

Additive manufacturing verbetert de traditionele extrusie door de beperkingen aan te pakken en de mogelijkheden op verschillende manieren uit te breiden:

Snelle prototypes van extrusiematrijzen

AM maakt de snelle, kosteneffectieve productie mogelijk van prototype matrijzen voor extrusieprocessen⁴. Fabrikanten kunnen matrijsontwerpen, zoals die met complexe koelkanalen, testen en verfijnen voordat ze investeren in de traditionele productie van matrijzen. Metalen AM-technieken zoals selectief lasersmelten (SLM) zijn bijzonder effectief voor deze AddUp Solutions.

Productie op maat en kleine partijen

Terwijl extrusie de massaproductie domineert, blinkt AM uit in het produceren van onderdelen op maat of in kleine volumes die integreren met geëxtrudeerde onderdelen. In de lucht- en ruimtevaart creëert AM ingewikkelde, lichtgewicht onderdelen in combinatie met geëxtrudeerde structuurelementen, waardoor de prestaties worden geoptimaliseerd en het gewicht wordt verlaagd.

Hybride productie

Sommige producten maken gebruik van beide processen: AM voor complexe profielen en extrusie voor standaardonderdelen in grote aantallen. In automobieltoepassingen produceert AM op maat gemaakte bevestigingen voor extrusielijnen, waardoor de efficiëntie van MIT Sloan toeneemt.

Gereedschappen en opspanmiddelen

AM wordt steeds vaker gebruikt om aangepaste bewerking⁵mallen en opspanmiddelen voor extrusieprocessen. Deze op maat gemaakte gereedschappen verkorten de insteltijden en verbeteren de efficiëntie. Ze worden vaak kosteneffectief geproduceerd met AM-systemen van consumentenkwaliteit Additive Manufacturing Media.

Toepassingen van Additive Manufacturing in Extrusie

De synergie tussen AM en extrusie is evident in alle industrieën:

• Ruimtevaart: AM produceert lichtgewicht rasterstructuren of beugels die gekoppeld worden aan geëxtrudeerde aluminium profielen, wat de brandstofefficiëntie verbetert ScienceDirect.

• Automotive: AM maakt prototype-onderdelen en op maat gemaakte armaturen voor extrusie⁶ lijnen, waardoor de productie van sierstukken of balken wordt gestroomlijnd.

• Bouw: AM maakt op maat gemaakte mallen voor geëxtrudeerde PVC-buizen of aluminium frames en combineert flexibiliteit met kosteneffectiviteit.

• Medische apparaten: AM maakt patiëntspecifieke implantaten met geëxtrudeerde buizen, waarbij maatwerk wordt gecombineerd met duurzaamheid.

Deze voorbeelden laten zien hoe AM extrusie verbetert, waardoor innovatieve, efficiënte productieoplossingen mogelijk worden.

Technische aspecten: Procesworkflows en materiaalcompatibiliteit

Inzicht in de workflows en materiaalcompatibiliteit van beide processen is de sleutel tot integratie.

Additive Manufacturing Workflow (bijv. FDM)

1. Ontwerp: Maak een 3D-model in CAD, geoptimaliseerd voor laag voor laag bouwen.

2. Snijden: Zet het model om in lagen en stel parameters in zoals laaghoogte en steunen.

3. Afdrukken: Materiaal aanbrengen via een spuitmond, waarbij het onderdeel laag voor laag wordt opgebouwd.

4. Post-processing: Verwijder steunen en verfijn oppervlakken waar nodig.

Traditionele extrusieworkflow

1. Ontwerp matrijs: Maak een matrijs (bijv. aluminium voor kunststoffen, staal voor metalen) voor de materiaalstroom.

2. Materiaal voorbereiden: Verwarm en meng het materiaal tot de juiste viscositeit.

3. Extrusie: Materiaal onder druk (30-700 MPa) door de matrijs persen.

4. Koelen/snijden: Koel het extrudaat af en snijd het op lengte.

Materiaal compatibiliteit

Het op elkaar afstemmen van workflows en materialen zorgt voor een naadloze integratie van AM en extrusie.

Praktische hulpmiddelen: Ontwerpchecklists en beslissingskaders

Fabrikanten kunnen deze tools gebruiken om hun gebruik van AM en extrusie te optimaliseren:

Ontwerpcontrolelijst voor AM

• Zorg ervoor dat ontwerpen geschikt zijn voor laag voor laag bouwen (bijv. overstek <45°).

• Maak een plan voor ondersteunende structuren en behoeften op het gebied van nabewerking.

• Controleer materiaalcompatibiliteit⁷ en rekening houden met krimp.

Ontwerpcontrolelijst voor extrusie

• Ontwerp uniforme dwarsdoorsneden voor een soepele materiaalstroom.

• Zorg voor koelkanalen om defecten te voorkomen.

• Plan indien nodig nabewerking na extrusie.

Kader voor besluitvorming

Dit kader begeleidt de selectie van processen op basis van volume, complexiteit en tijdsbeperkingen.

Vergelijking van AM en traditionele extrusie

Conclusie

Additive manufacturing en traditionele extrusie vormen samen een krachtig productieduo. De sterke punten van AM op het gebied van prototypes, maatwerk en complexiteit vormen een aanvulling op de efficiëntie van extrusie op het gebied van grote volumes en gestandaardiseerde productie. Van lucht- en ruimtevaart tot de automobielindustrie, hun gecombineerde gebruik stimuleert innovatie, verlaagt kosten en optimaliseert workflows. Naarmate deze technologieën zich verder ontwikkelen, zal hun synergie de toekomst van de productie blijven bepalen.