Zelflerende multimateriaal 3D printer

Het printen van componenten in meerdere materialen wordt vandaag al wel toegepast maar de mogelijkheden blijven beperkt omwille van één specifiek aspect in de printers: de schraper of roller die elke laag poeder precies even dik moet maken. Inkbit – een spin-off van het MIT – heeft daar een oplossing voor gevonden die gebruikmaakt van een visiesysteem en machine learning.

Grosso modo zijn er twee verschillende manieren voor een 3D printer om een object op te bouwen uit materiaalpoeder.

Een eerste maakt gebruik van een poederbed waar men telkens een laag aan toevoegt en vervolgens met een laser (of plasma) “aanduidt” waar het poeder versmolten moet worden. Een alternatief hierop is nog om in de poederlaag een lijm of ander bindmiddel aan te brengen waar de component gevormd moet worden.

Een tweede methode maakt gebruik van inkjet-technologie om alleen poeder aan te brengen waar men de component wil vormen. Men gebruikt dan typisch materialen die na het aanbrengen laag per laag met een UV-lamp uitgehard kunnen worden.

Een van de voordelen van de inkjet-technologie is dat die componenten in meerdere materialen kan printen. In de printkop die op en neer beweegt zie je dan meerdere rijen met nozzles die elk met een ander materiaal gevoed kunnen worden. In die printkop zit overigens ook de UV-lamp die het materiaal meteen moet uitharden.

Visiesysteem in machine

In die printkop zit tussen de nozzles en de lamp echter nog een component die redelijk ingrijpend is voor het 3D printproces: een schraper of roller die telkens over het materiaal glijdt om ervoor te zorgen dat elke laag mooi homogeen en precies even dik is.

Die roller is volgens Inkbit – een spin-off van het MIT – redelijk ingrijpend omdat die beperkingen oplegt aan de materialen die geprint kunnen worden. Er zijn immers heel wat materialen die men wel met een inkjet zou kunnen aanbrengen maar die vervolgens aan de roller zouden kleven.

Om dit op te lossen ontwikkelde het bedrijf als alternatief op de roller een visiesysteem dat na het aanbrengen van de poeders op elk punt meet hoe dik de laag is. Oneffenheden kunnen dan opgevangen worden door daar bij een volgende laag meer of minder poeder aan te brengen.

Het elimineren van de roller zou de materialen die geprint kunnen worden enorm uitbreiden. Waar multimateriaalprinters zich vandaag beperken tot variaties in kleuren en eventueel de combinatie van harde en zachte plastics maakt Inkbit het mogelijk om bijvoorbeeld epoxy te printen. Dat is een typisch materiaal dat anders aan de roller blijft kleven. Ook in de combinatie van geleidende en isolerende materialen ontstaan er nieuwe mogelijkheden.

Machine learning

Maar dat is nog niet alles. Door elke laag te scannen ontstaat er ook een inline kwaliteitscontrole die letterlijk een volledig beeld geeft van hoe elke component is opgebouwd. En daar probeert Inkbit via machine learning nog wat aan toe te voegen, namelijk de mogelijkheid om het proces in real-time bij te sturen in functie van vastgestelde afwijkingen.

Via machine learning vergelijkt de printer wat gescand wordt met de originele CAD tekening om na te gaan welke geometrische aspecten beïnvloed worden door speciale materiaaleigenschappen. Als bepaalde vormen aanleiding geven tot krimp of uitzettingen kan daar dan bij een volgende run rekening mee gehouden worden.

In de toekomst zou het dan mogelijk moeten zijn om bij een nieuw materiaal eerst een kleine, wel gedefinieerde target component te printen zodat de machine daaruit kan leren hoe het materiaal zich gedraagt en welke aanpassingen het moet doen om hier bij het printen van de volgende componenten rekening mee te houden.

© Productivity.be, 13/08/2019, Foto: Inkbit