3D Print XXL

Grootformaat 3DXL-printen biedt kansen voor het versnellen van productontwikkeling en het verduurzamen van de productie. Door de 3DXL-printtechnologie toe te passen bij de productie van thermoplastische composietmallen kan een CO₂-reductie van 65% worden gerealiseerd ten opzichte van het lineaire proces. In dit project wordt getracht de keten te sluiten. 

Wat is de aanleiding voor het project?

De vraag naar de toepassing van duurzame materialen en de verduurzaming van industriële productie groeit. In sectoren zoals de jachtbouw en de toolingindustrie is er behoefte aan oplossingen die niet alleen technisch functioneren, maar ook schaalbaar en economisch haalbaar zijn. Grootformaat printtechnologie kan hierin een sleutelrol spelen, mits de techniek voldoende betrouwbaar is en de materialen geschikt zijn voor hergebruik.

3D-printen is een wereldwijde groeimarkt met veel potentie. Voor grootformaat printen, ook wel Big Area Additive Manufacturing (BAAM) genoemd, is onderzoek nodig naar de relaties tussen ontwerp- en instelparameters en de resulterende proces- en producteigenschappen. Om de prestaties te kunnen vaststellen, zijn innovatieve testmethoden nodig. Digitalisering op het gebied van aansturing (CAD-CAM) is vereist om complexe baangeometrieën te realiseren, en digitalisering op het gebied van engineering (CAE) is nodig om tot voorspelbare productie te komen. Het streven is om de keten te sluiten en minimaal 50% hergebruikt materiaal in nieuwe toepassingen te realiseren.

Welk probleem lost het project op?

BAAM kent enkele uitdagingen. De techniek wordt sinds 2015 toegepast en er is nog veel onderzoek nodig naar de verschillende facetten van het printgedrag. Door het grote formaat is het effect van opgebouwde restspanningen aanzienlijk. Dit leidt tot sterke vervorming (warping) of afschuifbreuk tussen de lagen (cracking). Daarom is het van essentieel belang dat use cases van functionele onderdelen worden gerealiseerd, waarmee de eigenschappen en het gedrag van zowel het productieproces als de producten kunnen worden vastgesteld. Deze data wordt gebruikt in datamodellen voor procesoptimalisatie en voor de ontwikkeling van thermische en mechanische simulatiesoftware (CAE). De gebruikte thermoplastische materialen zijn recyclebaar, maar door het grote formaat moeilijk te verwerken. Daarom is geïnvesteerd in een grootschalige composietshredder om grootformaat producten te verwerken tot flakes, die vervolgens door een compounder worden omgezet in korrels. Hierdoor wordt het mogelijk om met circulair materiaal te printen en de eigenschappen te onderzoeken.

Wie is het projectteam?

Het projectteam bestaat uit vaste onderzoekers en studentengroepen die samen met docent-onderzoekers in een leerbedrijf werken aan relevante praktijkvraagstukken. Studenten worden via onderwijsmodules in hun curriculum gekoppeld aan het lopende onderzoek. Er wordt samengewerkt in reguliere studentenprojecten, de minor High Tech Systems & Materials en in stage- en afstudeeropdrachten. De studenten zijn afkomstig van de opleidingen Werktuigbouwkunde, Elektrotechniek, Chemische Technologie, Industriële Productontwikkeling en Toegepaste Wiskunde.

Hoe pakt het projectteam dat aan?

De onderzoekers Roelof Rusticus, Jaap Verhage, Mark van der Staay, Tom van Os en Damy Többen werken onder andere in het ‘Skillslab 3DXL Composite Manufacturing’ aan relevante vraagstukken van Nedcam. In samenwerking met partners wordt er projectmatig gewerkt om tot een duidelijke kadering, planning en uitvoering te komen. Studenten kunnen een rol vervullen binnen specifieke onderzoeksgebieden en worden gekoppeld aan lopende onderzoeken.

Zij organiseren hun project, doen vooronderzoek naar materialen en technieken, krijgen een introductie in de robot- en extrusietechniek en leren printbanen te programmeren met speciale CAM-software (ENCY, Adaxis). Vervolgens kunnen de studenten zich verdiepen in thema’s als ‘Systems Engineering’, ‘Productontwikkeling’ of ‘Model Based Engineering’.

Inspanningen binnen het thema ‘Systems Engineering’ leiden tot verbeterde prestaties van de technologie, inspanningen binnen het thema ‘Productontwikkeling’ leiden tot de realisatie van complexe producten en inspanningen binnen het thema ‘Model Based Engineering’ leiden tot validatie van het proces en de gerealiseerde eigenschappen.

Wat zijn de belangrijkste (voorlopige) resultaten?

Er is een methode ‘Procesoptimalisatie middels Engineering Practices’ in ontwikkeling.

Er is geïnvesteerd in de aanschaf en implementatie van innovatieve testmethoden, gericht op het vaststellen van de (thermo)mechanische, dimensionele en microstructurele eigenschappen van de geprinte producten.

Conform een ontwikkelde teststrategie worden mechanische testen uitgevoerd om een transvers isotroop materiaalmodel te valideren. Op basis van dit model kunnen complex geprinte geometrieën onder een statische belasting worden gesimuleerd.

Er is een circulaire waarderingstabel opgesteld met vergelijkende waarden van mechanische en dimensionele eigenschappen voor virgin en gerecyclede fracties. Grote geprinte producten kunnen worden vermalen tot flakes met behulp van de WLK4-composietshredder.

Projectpartners

• Nedcam Solutions B.V. (penvoerder)

• NLR

• Dufor Resins B.V. 

• IBID B.V. 

• Lubbers Rigmoves & Pipeline Services B.V. 

• VEPA 

• TWA Architecten 

• Conyplex B.V.