DEMCON integreert zijn mechatronica-expertise met inkjet-printkoppen van Océ
’s Werelds eerste multi-metaalprinter beschikbaar voor baanbrekend applicatie-onderzoek
High-end technologieleverancier DEMCON heeft een multi-metaalprinter ontwikkeld voor Additive Manufacturing (3D-printen in de volksmond). Deze bijzondere printer combineert de Océ metaljet-technologie voor het jetten van druppels vloeibaar metaal met de mechatronica-expertise van DEMCON. De multi-metaalprinter is nu beschikbaar voor het verkennen van de mogelijkheden en toepassingen van deze unieke technologie. De eerste versie telt vier printkoppen en is onlangs geleverd aan het EPSRC Centre for Additive Manufacturing (University of Nottingham). De onderzoeksgroep van professor Richard Hague gaat daar baanbrekend applicatie-onderzoek mee uitvoeren. De Britten worden ook een belangrijke partner van Océ – A Canon Company en DEMCON in verder onderzoek waar de Océ metaljet-technologie voor kan worden ingezet.
Gebaseerd op de kennis en jarenlange ervaring op het gebied van inkjettechnologie heeft Océ een zogeheten ‘drop-on-demand’ printkop ontwikkeld die verschillende soorten metaaldruppels met temperaturen tot 1.800 graden Celsius kan ‘jetten’. Het onderzoek van Océ betreft vooral het proces van het jetten: hoe kan de printkop reproduceerbaar en stabiel metaaldruppels genereren, welke parameters spelen daarbij een rol en welke metalen lenen zich voor dit proces? Inmiddels heeft de techniek zich geschikt getoond voor diverse metalen, zoals tin, koper en zilver. Océ voorziet een breed scala aan applicaties, van ultradunne connectoren voor de huidige, steeds dunner wordende chips tot microstructuren op machineonderdelen. De eigenschappen van de Océ metaljet-technologie maken deze geschikt voor het printen van drie-dimensionale structuren die uit meerdere metalen bestaan, maar ook het printen van metaalsporen op flexibele elektronica of op maat gemaakte juwelen van edelmetalen zijn interessante toepassingen.
Britse interesse
De ontwikkeling bij Océ trok de belangstelling van onder anderen professor Richard Hague, hoogleraar Innovative Manufacturing en hoofd van de onderzoeksgroep Additive Manufacturing and 3D-Printing aan de University of Nottingham. Hague, tevens directeur van het Britse EPSRC Centre for Additive Manufacturing, geldt als autoriteit op het gebied van ontwerpen, processen en materialen voor Additive Manufacturing en richt zich in toenemende mate op technologieën voor het jetten van materialen. Dit leidde tot een overeenkomst voor de levering van een eerste multi-metaalprinter met gebruik van de Océ-technologie. Océ levert de printkoppen en de University of Nottingham nam high-end technologieleverancier DEMCON in de arm voor het ontwerp en de realisatie van een metal-jetting systeem waarin deze printkoppen zijn geïntegreerd.
Mechatronica
DEMCON is specialist in mechatronica, de combinatie van disciplines als mechanica, elektronica en software voor de ontwikkeling en realisatie van geavanceerde apparatuur. Het metal-jetting systeem stelde de nodige mechatronische uitdagingen. In deze 3D-printer staan de printkoppen stil. Dit vanwege de benodigde ‘infrastructuur’ voor het op hoge temperatuur houden van de metalen in hun reservoir. Onder die koppen beweegt het substraat waarop een object kan worden geprint. Het is de kunst om telkens op het juiste moment een printpuls te geven voor het deponeren van een volgende metaaldruppel op het al geprinte object op het bewegende substraat. Metaaldruppels worden gevormd door gesmolten metaal door een kleine opening in de printkop naar buiten te duwen. Vervolgens worden de druppels door een elektromagnetische kracht (volgens het Lorentz-principe) ‘afgevuurd’.
Nauwkeurige druppels
Zoals gebruikelijk bij 3D-printen gebeurt het jetten laagsgewijs. Elke druppel moet precies op de juiste positie in een laag terechtkomen en elke volgende laag moet precies op de juiste positie daarboven komen (dit heet ‘overlay’). In elke laag kunnen verschillende metalen worden geprint, afkomstig uit verschillende printkoppen. De overlay tussen geprinte druppels uit verschillende koppen binnen één laag is nauwkeurig tot op 5 micrometer, net als de overlay van laag tot laag. Het jetproces wordt ingesteld met behulp van een ImageXpert druppelanalysesysteem, een hogesnelheidscamera die de snelheid, diameter en hoek van de metaaldruppels meet. Ook tijdens het printen kan dit systeem worden gebruikt, om de stabiliteit van het jetproces te controleren.
Eindhoven
Het project voor het metal-jetting systeem is binnen DEMCON uitgevoerd in Eindhoven. Deze vestiging werd in 2011 opgericht om dicht bij belangrijke klanten in de Brainport-regio aanwezig te zijn. “Wij werken uiteraard nauw samen met het hoofdkantoor in Enschede en voeren onder meer projecten voor ASML en rond medical systems uit”, verklaart Toon Hermans, managing director van DEMCON Eindhoven. “Het metal-jetting systeem was afgelopen jaar een van onze grotere projecten. Wij hebben daarvoor niet alleen de hardware- en software-ontwerpers beschikbaar, maar ook is hier de infrastructuur voor prototypebouw aanwezig. Al met al was de bouw van deze printer een complexe integratieklus waar veel disciplines bij kwamen kijken. We zijn van een lab-opstelling, die alleen metaaldruppels vuurt, naar een 4-kops printer gegaan. Die opschaling wordt vaak onderschat.” De vestiging in Eindhoven groeit en zoekt vanwege de diverse ontwikkelingen volop goed gekwalificeerde medewerkers.
Nieuwe markt
De samenwerking met Océ reikt verder dan de bouw van één metal-jetting systeem, verklaart directeur Dennis Schipper van DEMCON: “Als andere partijen zien met welke baanbrekende toepassingen de onderzoekers in Nottingham bezig zijn, zullen ook zij een onderzoeksmachine willen. Daarmee kunnen zij op zoek naar hun eigen applicaties. Op termijn kunnen er ook productiemachines komen. Samen met Océ kunnen wij deze klanten met een machine op maat gaan bedienen. Daarnaast werken we in de technologieontwikkeling ook samen met Nottingham, voor hun feedback op het metal-jetting systeem.” Schipper beschouwt de ontwikkeling van het metal-jetting systeem voor DEMCON als een eerste, strategische stap op het gebied van Additive Manufacturing. “Die wereld is volop in beweging, zeker ook voor metaalprinten. Er zijn verschillende technologieën en applicaties mogelijk.”
Lees meer over Metaljetten in het artikel; Grote OEM in metaljetten in de maak, Mechatronica & Machinebouw, editie 7
