3D-printers: de volgende industriële revolutie

Drupa is een vierjaarlijkse beurs over alles wat print- en drukgerelateerd is. 3D-printing blijkt onder die noemer te vallen, al zien we aanvankelijk niet echt waarom. Bij een 3D-printer denken we maar al te vaak aan de Ultimakers en de Tripodmakers van deze wereld: toestellen die uit één of twee printkoppen een beetje plastic laten druppelen en zo laag na laag een object opbouwen. Additive manufacturing is de dure term.

Hype of toekomst?

De technologie heeft op het eerste zicht weinig van doen met klassieke printers, en toch is het niet Makerbot of de Zortrax dat op het punt staat additive manufacturing naar een hoger niveau te tillen. De grote spelers zijn gekende namen zoals HP (Inc) en Canon. Op Drupa passeerden we vorige maand langs alles wat met 3D-printing te maken had op zoek naar een simpel antwoord: is 3D-printing meer dan een hype of een techniek voor nichegebruikers?

Kinderschoenen

Bij HP twijfelen ze geen seconde. “3D-printing staat nog in zijn kinderschoenen”, klinkt het, “maar de toekomst is rooskleurig.” HP’s voet achter de deur van de toekomst is de Jet Fusion 3D Printing Solution: een totaaloplossing die de fabrikant ondersteunt van het begin tot het einde van het printproces. HP zet sterk in op z’n eigen technologie, die niet zomaar onder een hokje te duwen valt. Eén ding is wel zeker: de Jet Fusion-technologie is niet voor iedereen. “We mikken niet op consumenten, wel op bedrijven die opzoek zijn naar technieken om sneller prototypes te ontwikkelen of zelfs finale producten te maken.”

Totaalaanbod

Ook Canon heeft geen interesse in de 3D-printermarkt. Waar HP zelf een techniek pioniert, wil Canon een oplossing aanreiken voor de meest gebruikte systemen. Zo zien we de ProJet 660Pro: een extra professioneel pro-toestel dat 3D-prints in kleur aflevert. Het eindresultaat is werkelijk verbluffend en ziet er manueel bewerkt uit. De ProJet 5500X kan dan weer overweg met een veelvoud aan materialen. Dat heeft als voordeel dat je erg complexe vormen kan printen, ondersteunt door een was die je later kan wegspoelen.

2D-printing versus 3D-printing

Het valt ons op dat de 3D-toestellen van beide printermerken ‘Jet’ in de benaming hebben, wat ons sterk doet denken aan klassieke printers. Vanwaar ook de stap van 2D naar 3D-printing, vragen we ons af. Zijn er meer gelijkenissen dan het woord ‘printen’ alleen?

Zowel Canon als HP gebruiken technieken uit de 2D-wereld om fijne 3D-prints af te leveren. Erg fijne en precieze spuitkoppen deponeren het microscopische materiaal op de juiste plaats. Die printkoppen snel en met extreme precisie bewegen, is kennis die iedere grote printerfabrikant al in huis heeft. In essentie is 3D-printen niets meer dan verschillende lagen 2D-printen, met een ander soort inkt.

Ten dienste van het model

Beide bedrijven nemen de 3D-printingbranche erg serieus, maar we vragen ons toch af waar die afschuw voor de consumentenmarkt vandaan komt. Een technicus van Canon geeft meer duiding: “3D-printers voor consumenten zijn redelijk eenvoudig en ze hebben beperkingen. Om een model succesvol af te printen moet je het ontwerpen met de printer in het achterhoofd”. Een klassieke ABS/PLA-printer kan inderdaad alleen printen bovenop een eerdere laag. Een rechtopstaande letter ‘T’ is bijvoorbeeld onmogelijk om af te drukken zonder lelijke en vervelende ondersteuningen voor het bovenste horizontale stuk van de letter. Complexe vormen met spaties in zijn al helemaal uit den boze.

“Onze klanten willen hun bestaande modellen van prototypes zonder problemen kunnen afdrukken.” De insteek bij de grote fabrikanten is dus anders: waar design en printen in het consumentenlandschap hand in hand gaan, wil de professional een toestel dat maakt wat hij of zij in 3D getekend heeft, zonder daarbij vervelende vragen te stellen.

De professionele 3D-printer staat meer dan de consumentenvariant in dienst van het ontwerp, en dat vereist grotere en duurdere toestellen. Bovendien liggen de eisen voor de materialen veel hoger. Prototypes en zeker finale producten zijn niet vervaardigd uit het eerste het beste bioplastic.

Magische voxels

HP gaat daarin het verst. Het printproces van de Jet Fusion is gebaseerd op ‘voxels’: een soort 3D-pixels die net niet de vorm van een kubus aannemen. De voxels zitten in de printer als een fijn poeder dat door het printproces samensmelt. De techniek lijkt op het eerste zicht op selective laser sintering (SLS), maar is het niet. Bij SLS smelt een laser een metaalpoeder samen, HP’s techniek is complexer.

HP’s poeder wordt gebonden door een stof die uit de spuitkoppen komt. De link met 2D-printen is opnieuw meteen duidelijk. De printkoppen deponeren heel precies een fuseer-agent op de voxels zodat die waar nodig samensmelten. De techniek levert knappe resultaten af, maar lijkt op het eerste zicht niet veel te verschillen van de procedés die bijvoorbeeld Canon toepast.

De toekomst in het labo

Daarvoor moeten we geduld hebben, aldus HP. In het labo slaagde de technologiereus er al in om voxels verschillende eigenschappen te geven al naargelang de agent die gebruikt wordt om ze te binden. De mogelijkheden zijn verbluffend. Denk bijvoorbeeld aan een schoen waarbij de zool verschillende gradaties in hardheid heeft, allemaal in één keer geprint, of een slimme ketting.

Zeker dat laatste spreekt ons tot de verbeelding. HP toont ons een geprinte link in een ketting die niet alleen ultrasterk is, maar ook slim kan zijn. Met de voxeltechniek maakt de fabrikant zich sterk dat het binnenkort mogelijk is om eenvoudige circuits rechtstreeks in een object te printen. Door elektronica slim te verwerken in voorwerpen kunnen die data doorseinen over hun staat: kan de ketting bijvoorbeeld nog meer gewicht aan, of dreigt er een link te breken?

Over wat de voxels precies zijn en hoe de verschillende eigenschappen worden toebedeeld, wilde HP helaas nog niets kwijt. Het bedrijf toont wel meteen waar 3D printing het productieproces naartoe kan brengen in de nabije toekomst.

Industriële revolutie 2.0

De experts bij het HP-toestel zien de volgende industriële revolutie al voor zich. Prototyping is de eerste stap, bescheiden productie de tweede. In de nabije toekomst mikken de fabrikanten vooral op bedrijven die voorwerpen willen produceren aan volumes onder de 50.000 units. Wie meer dan dat produceert kan zijn toevlucht zoeken tot het beproefde spuitgieten maar zonder schaalvoordeel is die techniek duur. Onder de 50.000 units wordt een installatie met enkele 3D-printers plots erg voordelig.

We zijn er nog niet helemaal, dat is duidelijk, maar wel bijna. Bedrijven hebben de kennis en de ambitie, potentiële klanten hebben interesse en zien de voordelen. Klassieke ABS/PLA-printers hebben hun markt, maar heb ga je niet terugvinden in de fabriekshallen van morgen. Is er dan helemaal geen plaats meer voor de printkop die langzaamaan rond gaat en materiaal deponeert?

Giga-printer

Op Drupa zien we alvast één inspirerende toepassing: een gigantische 3D-printer die weliswaar met een eigen soort wax print in de plaats van ABS of PLA, maar er wel helemaal uitziet als een grote versie van een klassieke 3D-printer. Het enorme toestel kan in enkele uren levensgrote figuren opbouwen, ideaal voor decoratie- of reclamedoeleinden. Functionele prototyping moet je hier niet verwachten, maar wie zijn tuin snel tot het Paaseiland wil omtoveren, vindt geen betere oplossing.