Prototypebouw

Starten met serieproductie kent zijn risico’s. Hoge investeringen en strakke deadlines. Als innovator wil je dus zekerheid. Zoveel zekerheid als mogelijk. Een testproduct zo dicht mogelijk bij de realiteit. In korte tijd een prototype. ProInnovate laat in deze blog de mogelijkheden zien van een vaak onderschatte fase in het product ontwikkelproces, prototypebouw.

Een precies gelijkend model is vaak onbegonnen werk. Maar een model die de essentie pakt kan vaak wel. Wat is er onzeker en wat wordt bepalend voor het product? Dat ene filmscharnier, die passing of de uitstraling op de doelgroep.

ProInnovate raadt ten alle tijden aan om een nieuw product uitvoerig te testen met een prototype. Maar wat zijn eigenlijk de mogelijkheden?

Om snel een product te reproduceren is 3D-scannen een uitkomst. Die uitdaging zit hem in het verwerken van de scandata. Wanneer er nog geen fysiek model is zal er gemodelleerd kunnen worden met CAD programma’s. Daarin zijn al veel aspecten te testen en simuleren. Maar meer zekerheid en gevoel met een product vereist toch prototypebouw. We beschrijven een aantal veel gebruikte methodes om prototypes te vervaardigen.

 

CNC frezen

Een optie voor prototypebouw is halffabricaten verspanen met CNC frezen. Weghalen van materiaal uit bijvoorbeeld plaat of staf materiaal. Hiervan is het materiaal vaak vergelijkbaar met serieproductie. Al is hier een aandachtspunt te plaatsen. Bij extrusie en spuitgieten liggen de polymeren in een bepaalde richting die niet overeen zal komen met het halffabricaat.

Niet alle kunststoffen lenen zich even goed om gefreesd te worden. Vooral zachte kunststoffen zijn niet prettig in een CNC-freesmachine. Ideaal zijn kunststoffen als hard ABS. Dit materiaal biedt de mogelijkheden naderhand verlijmd te worden. Bovenstaande foto laat resultaat zien van frezen uit plaatmateriaal.

 

CNC freesmodel

Polyurethaan schuim

Een techniek met een lange geschiedenis is de modelbouw uit schuim. Het kan gebruikt worden om een model te verspanen uit een blokschuim. Het schuimmateriaal gebruiken als tegenvorm bij het afgieten is ook mogelijk.

3D-printen

Een techniek eerder besproken in deze blogreeks is 3D-printen. Deze techniek ligt tegenwoordig voor de hand bij prototypebouw. Mogelijkheden blijven toenemen in materialen met nieuwe esthetiek en mechanische eigenschappen.

Vacuümgieten

Bij deze techniek is het mogelijk een kleine serie testproducten te maken in korte tijd. Het product wordt met SLA 3D-printen gemaakt als soort van afgietvorm. Schuiven en verstevigingen wordt op hun plek gehouden zodat die verwijderd kunnen worden na het gieten van de siliconen over het afgietmodel. Vervolgens wordt het geheel opengesneden zoals hierboven zichtbaar en wordt het SLA product verwijderd.

Wanneer de mal klaar is kan er onder vacuüm thermoharders in de mal gegoten worden. Vacuüm is belangrijk om luchtinsluiting te voorkomen. Bij het imiteren van materiaaleigenschappen schiet 3D-printen vaak te kort. Met vacuümgieten kan een materiaalsoort van een serie goed benaderd worden.

Vacuümgieten

Lasersnijden

Lasersnijden is te vergelijken met de freestechniek. Ook hier wordt computergestuurd een patroon doorlopen. In dit geval een laser die materiaal wegsmelt. Lasersnijden gebeurd in het platte vlak. Twee-assig. Voornamelijk geschikt voor plaatmateriaal dus.

Lakken

Wanneer de uitstraling belangrijk is voor de doelgroep of een beurs dan kan lakken een uitkomst zijn. Sommige materialen lenen zich daar echter slecht voor. Denk aan geprint SLS poeder of polyurethaan schuim. Deze materialen absorberen de lak. Ze vereisen nog een plamuur bewerking om het oppervlak te kunnen lakken.

Voor het maken van deze blog hebben we de gelegenheid gekregen om in gesprek te gaan met Jorn Berends van RapidPrototyping. Hij heeft ons veel over de verschillende door hem gebruikte technieken kunnen vertellen. Zie www.rapidprototyping.nl voor meer informatie over deze prototypebouwer.

Heeft u vragen over een van deze technieken of een ontwerpvraagstuk mail dan naar info@proinnovate.nl of bel naar +31(0)85 023 9141

productontwikkelaar

Even voorstellen: Mijn naam is Ivor Muijlwijk. Product Ontwikkelaar bij ProInnovate en schrijver van deze serie blogs. Met vragen kunt u mij altijd mailen via muijlwijk@proinnovate.nl

 

Kunststof recyclen

Een onderwerp wat gelukkig steeds meer aandacht krijgt is het recyclen van kunststof. Dit wordt voornamelijk gedreven door de roep van de samenleving om circulair te worden. In deze blog wordt er uiteengezet waar we globaal staan met kunststof recycling.

Chemisch of mechanisch

Het recyclen van kunststof kan worden opgedeeld in chemisch recyclen en mechanisch recyclen.

Mechanisch recyclen betekent dat het kunststof mechanisch wordt teruggebracht naar bruikbaar granulaat. Eigenschappen zoals dichtheid en vorm worden gebruikt om de kunststof hoofdgroepen te scheiden. Vervolgens worden ze gebroken en versnipperd tot granulaat.

Chemisch recyclen is het door middel van chemische processen materiaal terugbrengen naar hun oorspronkelijk bouwstenen. De weg van productie wordt terug bewandeld. Het is mogelijk met deze techniek weer zuiver grondstof te winnen.

Chemisch recyclen lijkt een ideaal circulaire techniek. Dat is het ook, maar de kosten zijn hoog. Concurreren tegen aardolie is een oneerlijke strijd. Een ander nadeel is dat niet alle kunststoffen geschikt zijn voor elk chemisch proces om te scheiden. Er worden veelal oplosmiddelen gebruikt die niet op elk kunststof effect hebben.

Kunststof scheiden

Produceren met gerecycled kunststof

Het is van belang ingezameld kunststof terug te brengen naar de verschillende hoofdgroepen. Deze groepen hebben vergelijkbare eigenschappen. Ze kunnen gezamenlijk hergebruikt worden. Tegenwoordig wordt op elk kunststof weergegeven bij welke hoofdgroep het hoort. Er staat een cijfer of afkorting in een recycle symbool op het product. In bovenstaande afbeelding zijn deze groepen afgebeeld.

Belang van het scheiden

Een kunststof producent wil om zijn klanten zo goed mogelijk te kunnen bedienen, een zo zuiver mogelijk recyclaat. De reden hiervoor is voornamelijk de vervuiling minimaliseren. Naast vervuiling zijn afwijkend smelt- en krimpgedrag redenen om goed te scheiden.

Wanneer je kunststoffen met verschillende smelttrajecten door elkaar gaat verwerken kan het zijn dat ze verbranden of juist niet goed week worden. Tussen kunststof hoofdgroepen verschilt het krimppercentage sterk. Maar ook binnen bijvoorbeeld de PP-groep zijn er verschillen in het percentage krimp. Gevolg is dat de productie onvoorspelbaar kan worden. Bij sommige producten is dat geen probleem. Echter wanneer de toleranties heel streng zijn wordt het gebruik van recyclaat een uitdaging. Krimpverschillen kunnen ook de oorzaak zijn van spanningen in het geproduceerde product.

Zaak om de kunststoffen goed te scheiden dus. Afvalverwerkers worden hier steeds bedrevener in. Hightech technieken als röntgen, infrarood en elektrostatisch scheiden worden toegepast. In deze blog zullen deze technieken kort toelicht worden.

kunststof hergebruiken

Scheidingsmethodes

We weten nu het belang van het kunststof scheiden. Hier kijken we welke methodes daar voor kunnen worden ingezet.

Luchtdruk

Het gebruik van luchtdruk is een veel geziene methode om dunne zakjes en folies te scheiden. Luchtdruk blaast dunnen delen omhoog en de rest valt naar beneden. Deze scheiding stap is van groot belang omdat dun plastic eerst moet samenklonteren om gebruikt te kunnen worden.

Röntgen, x-ray

X-ray kan kunststoffen onderscheiden in vorm en dichtheid. Vorm onderscheiden is vooral handig voor producten die altijd van hetzelfde kunststof zijn gemaakt. Flessendoppen kunnen er op vorm uitgehaald worden en zijn van hetzelfde materiaal. Afspraken tussen producenten over type kunststof gebruik kunnen dus essentieel zijn.

Infrarood

Met infrarood techniek kan de moleculenstructuur bekeken worden. Elke soort kunststof kenmerkt zich door een bepaalde opbouw van moleculen en polymeren.

Elektrostatisch

Kunststoffen verschillen in de hoeveelheid lading die ze kunnen opnemen. Door het recyclaat elektrisch te laden, kan dat verschil gebruikt worden om ze te scheiden. Na het scheiden wordt het materiaal bewerkt tot de juiste vorm en grootte voor productie. Afhankelijk van de benodigde zuiverheid voor het product en de productie kan er bepaald worden hoe intensief er gescheiden moet worden.

circulair ontwerpen

Productontwerp

Hoe beter kunststof gescheiden is, hoe voorspelbaarder het is. Er kunnen zelfs grove datasheets opgesteld worden. Vaak met waarderange waarbinnen die eigenschappen vallen. Dat dit steeds exacter wordt is van belang om het recyclaat breed in te kunnen zetten. Veel productverkopers hebben bijvoorbeeld mechanische of thermische eisen aan hun product.

Kleur is een issue bij recyclen. Wanneer je alles bij elkaar verzameld en gaat hergebruiken zullen alle kleuren mengen. Dit betekent net zoals het vermengen van al je verf op je palet dat het bruin, grijzig wordt. Dit is voornamelijk het geval bij technieken die een extrusie cilinder gebruiken. Daarin wordt het materiaal egaal gemengd.

Eerder in deze blog ging het over krimpgedrag van kunststof. Bij het ontwerp van een product, waarvan je weet dat  het van gerecycled materiaal gemaakt gaat worden, zal je daar rekening mee moeten houden. Passingen zijn door grovere toleranties minder nauw te ontwerpen. Het advies is om daar een ruime marge in te nemen afhankelijk van de zuiverheid van de recyclaatstroom.

Toekomst

Al met al is het recyclen van kunststof niet zo eenvoudig en valt er nog veel te ontwikkelen. Ook zullen we moeten nadenken of alles wel van plastic gemaakt moet worden. We kunnen niet voorkomen dat wegwerp producten in het milieu terechtkomen. Maar ook bioplastic, beschreven in een eerdere blog, kunnen een alternatief zijn. ProInnovate verdiept zich in deze technieken en de ontwerp uitdagingen die daarbij horen.

Deze blog is mede mogelijk gemaakt door het Polymer Science Park. Specialisten in kunststoffen en het recyclen daarvan.

 

Even voorstellen: Mijn naam is Ivor Muijlwijk. Product Ontwikkelaar bij ProInnovate en schrijver van deze serie blogs. Met vragen kunt u mij altijd mailen via muijlwijk@proinnovate.nl

productontwikkelaar

 

Thermovormen

ProInnovate laat u deze week verdiepen in de techniek van het thermovormen. Ook wel vacuümvormen genoemd. Een interessante en ook laagdrempelige techniek.

Simpel gezegd wordt er in deze techniek een matrijs tegen een verwarmde plaat kunststof gedrukt. Het kunststof koelt af en heeft de vorm overgenomen van de vorm. Maar dat is zeker niet het hele verhaal.

Thermovormen

Het thermovorm proces begint met het voorverwarmen van de platen kunststof in een oven. Bij kunststoffen als ABS is dit van belang. Dit wordt voornamelijk gedaan omdat de platen vocht opnemen wat moet worden verdampt. Ook worden de interne spanningsverschillen weggenomen.

De platen worden vervolgens op de machine ingeklemd. Daar wordt het verwarmd zodat het viscoos wordt. Met lucht wordt de plaat bol geblazen. Blazen heeft als functie om het materiaal wat voor te rekken en daarmee de wanddikte constanter te houden bij de vervolgstappen.

Na het blazen van de plaat komt de bovenstempel naar beneden. Die vormt de grove contour van het product. De plaat is nu klaar om de uiteindelijke vorm te krijgen.

De matrijs wordt wordt met vacuüm tegen de verwarmde plaat gedrukt. Verwarming in de matrijs zorgt dat de plaat aan beide zijde even warm blijft. Dit wordt afgebouwd terwijl het product afkoelt.

Het product kan verwijderd worden uit de machine, maar heeft rondom nog platte resten van de plaat. Deze worden meestal weggefreesd zoals in onderstaande afbeelding is te zien. Nu is het product klaar voor gebruik of assemblage.

frezen

Toepassingen

Er zijn tal van mogelijkheden met deze techniek. Voorwaarde is dat het product naar één kant lossend en open is. Voorbeelden van toepassingen zijn ruitjes op motoren, kuipstoeltjes, reclame artikelen en kettingkasten voor een fiets.

thermovormen

Materialen

Kunststoffen die worden gebruikt in deze techniek zijn thermoplasten. Ze zijn herhaaldelijk op te warmen en ter vervormen. ABS, PS, PP, PVC, PC, PET-G en Acrylaat worden veel gebruikt.

Acrylaat is een amorf kunststof en kan dus transparant zijn. Acrylaat wordt gebruikt in bijvoorbeeld raampjes voor voertuigen. Om het product perfect helder te krijgen is het thermovorm proces met Acrylaat iets anders. De plaat wordt door lucht een stukje boven de mal gehouden. Zodra dit kunststof de mal raakt zal er transparantie verloren gaan. Hieronder is een bril voor paarden zichtbaar welke ze moet beschermen tegen vliegen.

Productontwerp

Wanneer de investering niet te hoog mag zijn en de seriegrootte niet te groot zal zijn is dit een aantrekkelijke techniek. De malkosten zijn relatief laag.

Bij het ontwerpen van een product is het belangrijk dat het kant van het product wat maatvast moet worden tegen de matrijs gedrukt wordt. De andere zijde krijgt door afrondingen en wanddikte verschillen een afwijkende maat.

Wanddiktes van 1 tot 10 millimeter zijn mogelijk. Cyclustijd en dus kosten nemen toe bij dikkere wanden.

Aan de hoogte van een product zit een maximum van ongeveer een halve meter. Dit vanwege de wanddikte die afneemt bij het oprekken van de kunststof plaat.

Het product heeft een lossing van 1 a 2 graden nodig en krimpt aanzienlijk in het proces met ongeveer 1,5 procent.

Er is structuur in het product te creëren door een plaat te kiezen waarin structuur is aangebracht. Carbon en leer structuren zijn bijvoorbeeld mogelijk.

Meer weten over wat ProInnovate kan bijdragen in uw productontwerp neem dan contact op via deze pagina.

Matrijs

Zoals eerder aangegeven is de matrijs investering relatief laag. Denk aan 1.000 tot 10.000 euro.

Prototype matrijzen zijn simpel te vervaardigen van ureol schuim of hout. Daar kunnen tot 4 producten uit gemaakt worden.

Matrijzen voor serieproducten worden vaak van aluminium gemaakt. Ze worden dan gefreesd, gegoten of uit een mengsel van hars en aluminiumpoeder gemaakt. De laatste optie heeft een uitstekende warmtegeleidingscoëfficiënt en kan daardoor goed verwarmd en gekoeld worden. Onderstaande foto laat een gegoten aluminium matrijs zien.

gegoten matrijs

Deze blog is mogelijk gemaakt door Frejo Kunststof B.V. waar ProInnovate in een bedrijfsbezoek het thermovormen kon ervaren.

muijlwijk

Even voorstellen. Mijn naam is Ivor Muijlwijk. Product Ontwikkelaar bij ProInnovate en schrijver van deze serie blogs. Met vragen kunt u mij altijd mailen via muijlwijk@proinnovate.nl

 

Bioplastic

ProInnovate ziet het als een belangrijke taak om in een ontwerptraject te informeren over bioplastics. We juichen het van harte toe, mits het ontwerp en de verkoopstrategie daar bij aansluit.

Bioplastics zijn een alternatief op de kunststoffen gemaakt uit fossiele grondstoffen. Bioplastics zijn in twee groepen op te delen. De bio-based biodegradable plastics en de bio-based recycable plastics. Het verschil zit in het moment dat een product wordt afgedankt. Recyclen of composteren.

Bio-based biodegradable

Deze kunststoffen zijn te composteren. Ze worden van melkzuur of cellulose gemaakt. Cellulose is plantaardig materiaal. Deze kunststoffen kunnen industrieel afgebroken worden. Dit betekent dat het materiaal in een compost omgeving op 60 graden gehouden moet worden. Compost broeit dus de benodigde energie valt te overzien. Men kan het kunststof dus niet zelf achter in de tuin of in de sloot gooien! Biodegradable is een groep die de conventionele kunststoffen niet imiteert maar een aparte klasse materiaal geworden is. PLA is de meest gangbare biodegradable plastic. PLA zal verderop in deze blog worden toegelicht.

Bio-based recycable

Bio-based recycable kunststoffen imiteren de kunstoffen gemaakt uit fossiele grondstoffen. Uit suikerriet wordt alcohol gewonnen. Uit het alcohol wordt bijvoorbeeld ethyleen gemaakt om het kunststof polyethyleen te maken. Dezelfde polymeren worden gecreëerd als er uit fossiel grondstoffen wordt gewonnen. Dit kunststof composteert niet maar kan wel gerecycled worden met de rest van het kunststof. Voorbeelden van mogelijke imitaties zijn TPE, PP, PE en Nylon.

Bio-based? Let op het certificaat!

Dit zal u misschien verbazen. Elk kunststof mag bio-based genoemd worden. Ook al is het van aardolie gemaakt. De enige manier om zeker te zijn dat je groen bezig bent, is naar het certificaat kijken op het product of bij het geleverde granulaat. Twee veelgebruikte certificeringen zijn: DIN Certco en Vinçotte. Ze delen de kunststoffen op in verschillende percentage groepen die hieronder zijn weergegeven.

100%

Leveranciers van bioplastics zullen geen 100% bio-based materiaal aanbieden. Dit komt door wetgeving in Amerika. Voor leveranciers is het heel moeilijk om al het non-biologisch materiaal uit het productieproces te houden. Komt dat non-biologisch materiaal per ongeluk in het kunststof en wordt er 99% gemeten dan kan de leverancier aangeklaagd worden.

 PLA

PLA is het meest gangbare afbreekbare kunststof. 3D-print filament wordt veelal gemaakt van PLA. Steeds meer tasjes voor winkels worden ook uit PLA gemaakt. PLA is gemaakt uit melkzuur of cellulose en kent meerdere varianten. Het materiaal is uit zichzelf vrij stug en stijf. Om er mee te kunnen spuitgieten wordt een soort hars toegevoegd om het materiaal wat flexibiliteit te geven. Het vullen van de mal en het lossen van de producten wordt dan eenvoudiger.

PLA is uitermate geschikt voor 3D-printen, de reden daarvoor is voornamelijk de minimale krimp. Dit zorgt ervoor dat het product minder scheef trekt tijdens het printen. Een ander groot voordeel is het vloeigedrag. PLA heeft een goede doorstroom en geeft geen versmering.

Mechanische eigenschappen

Verschillen de bioplastics qua materiaal eigenschappen van de gangbare kunststoffen? Het PLA materiaal verschilt duidelijk. Dat kunt u zien als een nieuw materiaal. Imitatie bio-based kunststoffen worden zo gemaakt dat fabrikanten beweren dat ze zelfs compleet gelijk zijn aan conventionele kunststoffen. Alleen de aardolie geur ontbreekt. De bio-kunststof wordt opgebouwd uit moleculen die in ethanol zitten. De moleculen worden gepolymeriseerd tot dezelfde polymeren als in bijvoorbeeld polypropyleen van aardolie.

Prijs

Wanneer je een PE uit fossiele grondstof, een PLA en een PE bio-based zou vergelijken op prijs kom je op de volgende grove verhouding. Dit zal fluctueren in de tijd en verschillen per leverancier.

PE met fossiele grondstof: 1

PE biobased: 2,5

PLA: 4

Productiemethoden

In principe kunnen dezelfde productietechnieken gebruikt worden met bioplastics als met conventionele soorten. Echter is het nog niet voor alle technieken beschikbaar. Voor rotatiegieten is het materiaal nog niet geschikt. Dit komt door de te kleine markt die rotatiegieten behelst.

Keuze

Het kiezen voor bioplastics heeft direct gunstige invloed op het milieu. Het produceren van granulaat van bioplastic is namelijk schoner dan produceren met fossiele grondstof. Daarnaast haalt het biologische materiaal eerst CO2 uit de lucht in plaats van nieuw koolstof uit de grond te halen. Vervolgens leg je het koolstof vast in je product.

Alsof dat niet genoeg is kan je het een nieuw leven geven als compost of als grondstof voor andere kunststof producten.

De keuze voor bioplastics wordt vooral genomen door bedrijven die hun groene karakter willen uitdragen. Met producten die daar dus op aansluiten. Neem de makers van LEGO bijvoorbeeld. Die meten breed uit over hun gebruik van deze bioplastics.

Bij het schrijven van deze blog heeft FKuR, leverancier en onderzoeksbedrijf van bioplastics, informatie geleverd over dit materiaal.

Heeft u na het lezen van deze blog vragen over een productietechniek of ontwerpvraagstuk? Dan kunt u ons altijd mailen of bellen via de gegevens op deze webpagina.

muijlwijk

Even voorstellen. Mijn naam is Ivor Muijlwijk, Product Ontwikkelaar bij ProInnovate en schrijver van deze serie blogs. Met vragen kunt u mij altijd mailen via muijlwijk@proinnovate.nl

3D-printen

Deze week nemen we een kijkje bij de 3D-printtechniek. ProInnovate gebruikt 3D-printen om haar klanten een testproduct te bieden. Daarnaast is het produceren van kleine series een optie. 3D-printen is een techniek die zichzelf met grote sprongen blijft vernieuwen. Maar is ook een techniek die het voor een ieder toegankelijk maakt om producent te worden.

3D-printen is een breed begrip. Grof gezegd kan je de techniek opdelen in drie groepen: filament-, poeder- en vloeistofprinten.

Filamentprinten (FDM)

Filament printen wordt FDM-printen genoemd. FDM staat voor Fused Deposit Modelling. FDM gebruikt veelal kunststof snoer, filament genoemd. Het filament wordt gesmolten en vervolgens in laagjes op de geprogrammeerde plek neergelegd. De extruder die het materiaal neerlegt beweegt vaak in de x- en y-richting. Het bouwplatform vaak in de z-richting, naar boven en beneden dus.
prototype

In de FDM-techniek liggen uitdagingen in precisie en maximale grootte. Maar ook bijvoorbeeld het gebruik van ondersteunend materiaal. Ondersteunend materiaal zorgt dat overhangende delen niet inzakken tijdens het printen. Verwijderen kan bijvoorbeeld door het ondersteunende materiaal op te lossen in een vloeistof.

Poederprinten (SLS)

Poederprinten wordt SLS genoemd. Dit staat voor Selective Laser Sintering. Deze techniek wordt zowel in kunststof als in metaal toegepast.

SLS-printers hebben een bak waar materiaal in poedervorm geplaatst wordt. Dit materiaal wordt plaatselijk gesmolten met een laser. Het poeder werkt als ondersteuning voor overhangende geometrie. De hele poederbak wordt op een temperatuur gehouden net onder smeltpunt van het poeder. Een laser zorgt ervoor dat heel plaatselijk die temperatuur daar net boven komt.

Poederprinten heeft als uitdaging dat het nu veel nabewerking nodig heeft om het oppervlak glad te krijgen. Onderstaande afbeelding laat deze korrelstructuur zien.

3D-printen

Een voordeel van poederprinten ten opzichte van FDM-printen is dat er minder zwakte tussen de lagen ontstaat. SLS wordt voor functionele prototypes gebruikt maar ook voor bijvoorbeeld toepassingen in de luchtvaart. De luchtvaart is in het bijzonder aantrekkelijk vanwege de gewichtsbesparing die te behalen valt met metaal poederprinten.

Vloeistofprinten (SLA, DLP)

De derde 3D-printtechniek is vloeistofprinten ook wel SLA- of DLP-printen genoemd. Dit zijn stereolithografie technieken. Een bak met vloeibaar hars wordt beschenen met uv-licht. De vloeistof reageert op het uv-licht en hard uit.

SLA-printen gebruikte een enkele bundel licht om het hars uit te harden. DLP werkt met een beamer die hele vlakken per keer uithardt. SLA is hierdoor een preciezere techniek en DLP een snellere. Onderstaande foto is aangeleverd door Trending Industries en laat een vloeistofprint met ondersteuning zien.

3D-printen

Laserprinttechniek wordt veelal voor specialistische toepassingen gebruikt. Denk aan de medische wereld. Protheses of operatie hulpmiddelen. Inzetdelen in matrijzen zijn mogelijk dankzij de bestendigheid tegen hoge temperaturen. Dit kan bijvoorbeeld nuttig zijn om een logo steeds te variëren in een product.

Deze drie 3D-print technieken zijn de basis voor andere toepassingen. Bijvoorbeeld voedsel printen. Huizen worden geprint met beton. Composiet materiaal kan worden neergelegd met 3D-printtechniek.

3D-printen wordt voornamelijk gebruikt voor prototypes. De eenvoudige technologie en de lage kosten maken 3D-printen ideaal voor prototypes. 3D-printen wordt nog beperkt gebruikt voor productiedoeleinden. Dit is vooral te wijten aan de cyclustijd. 3D-printen is vele malen langzamer dan bijvoorbeeld spuitgieten.

Door het ontbreken van mal kosten en flexibiliteit in ontwerp zijn kleine series wel heel interessant. Daarnaast is er met 3D-printen geometrie mogelijk wat bij conventionele technieken erg lastig is.

Heeft u na het lezen van deze blog vragen over een productietechniek of ontwerpvraagstuk? Dan kunt u ons altijd mailen of bellen via de gegevens op deze webpagina.

muijlwijk

Even voorstellen. Mijn naam is Ivor Muijlwijk, Product Ontwikkelaar bij ProInnovate en schrijver van deze serie blogs. Met vragen kunt u mij altijd mailen via muijlwijk@proinnovate.nl

Rotatiegieten

ProInnovate schrijft deze week over de rotatiegiettechniek. Dit is een van de meest fascinerende productietechnieken om naar te kijken. Stelt u een soort van kermisarm voor die in alle richtingen om zijn as draait.

rotatiegieten

Met rotatiegieten worden matrijzen, ook wel mallen genoemd, gevuld met materiaal en al draaiende verwarmd. Het proces begint met het vullen van de matrijzen. Dit gebeurt niet met granulaat in korrelvorm zoals bij het spuitgieten, maar met poeder granulaat. Poeder heeft een groter contactoppervlak waardoor het meer warmte kan opnemen. Poeder zal minder stuiteren over de wanden bij het roteren en daardoor beter tegen de wanden van de matrijs hechten.

Zodra de matrijzen gevuld zijn gaat de arm met matrijzen een oven in. In nieuwe ontwikkelingen wordt deze oven vervangen door inductieverwarming. Voordelen van inductie zijn precieze regeling van temperatuur wat zorgt voor constantere krimp. Verder maakt deze techniek het mogelijk verschillende materialen in één product te roteren.

De matrijzen worden dus verwarmd. De arm gaat vervolgens draaien en zorgt dat de matrijzen alle kanten op bewegen tijdens het verwarmen. Het materiaal wordt week en wordt tegen de buitenwanden gedrukt door de roterende bewegingen. Het materiaal heeft nu de malvorm aangenomen. Na het verwarmen blijft de arm roteren terwijl het gekoeld wordt om te voorkomen dat het product weer inzakt voor het volledig is gestold. Aan het einde van het proces blijft het kunststof in zijn vorm en kunnen de matrijzen opengemaakt worden.

rotatie materiaal

Gevolgen voor het productontwerp

Rotatiegieten creëert holle producten. Compleet omsloten met materiaal toch zijn er opties om openingen te creëren. Zo kan een rand toegevoegd worden zodat het product netjes open gezaagd of gesneden kan worden. Verder is er de optie inserts te gebruiken. Zie onderstaande afbeelding. Er worden dan veelal metalen delen in de rotatiematrijs geplaatst voordat de productie begint. De insert wordt mee gevormd in het product en kan bijvoorbeeld een schroefgat creëren.

inserts

Rotatiematrijzen moeten weer geopend kunnen worden na de productie. Dit betekent dat het product lossend moet zijn. Geen randen of wanden die het tegenhouden om het product te verwijderen. Geen anti-lossing dus.

Wanddiktes zijn vaak niet helemaal constant in rotatieproducten. De buitenkant van het product is aardig vormvast maar de binnenkant varieert wat. Er is te spelen met deze wanddikte door de hoeveelheid granulaat in de matrijs te wijzigen.

Krimp is in rotatie minder voorspelbaar dan in het spuitgieten. Toleranties zullen dus ruim genomen moeten worden bij het productontwerp.

Waarom de keuze voor rotatiegieten? Dat kan vanwege de holle vorm die hiermee haalbaar is, maar ook de lage investering ten opzichte van andere technieken maken rotatiegieten aantrekkelijk. Kleine series van grote producten zijn uitermate geschikt om te roteren.

Toepassingen zijn bijvoorbeeld drijvers voor in het water dankzij het gesloten holle kunststof. Poppen voor reddingszwemmen worden met deze techniek gemaakt. Grote tanks voor bijvoorbeeld diesel zijn mogelijk. Ook dakventilatie wordt veelal op deze manier geproduceerd. Dakventilatie wordt achteraf plaatselijk opengezaagd.

Heeft u vragen over een productietechniek of ontwerpvraagstuk dan kunt u ons altijd mailen of bellen via de gegevens op deze webpagina.

muijlwijk

Even voorstellen: Mijn naam is Ivor Muijlwijk. Product Ontwikkelaar bij ProInnovate en schrijver van deze serie blogs. Met vragen kunt u mij altijd mailen via muijlwijk@proinnovate.nl

Extruderen

Daar is hij dan de tweede blog van deze productietechniek serie. Deze week zoomt ProInnovate in op de fascinerende techniek van het kunststoffen extruderen.

Extrusie is materiaal door een uitsparing drukken waardoor het daarna een langgerekte vorm houdt. Extruderen onderscheidt zich als techniek van bijvoorbeeld spuitgieten doordat het een continu proces is. Een productietechniek waarbij de geometrie in één richting gelijk is. Zoals een staaf dat is.

messing koeling

Aan de hand van onderstaande afbeelding wordt het proces uitlegd. Materiaal wordt in de hopper geplaatst. De roterende beweging van een schroef en verwarmingselementen smelten het granulaat. Aan de cilinder met schroef bevindt zich de mal. De schroef perst het materiaal door de opening van de mal. In de mal zal de vorm geleidelijk van een ronde opening naar de gewenste vorm veranderen. Bij een gewenste driehoekprofiel zal de opening eerst rond zijn dan steeds meer de hoeken erin krijgen. Nadat het materiaal de mal gepasseerd heeft komt het bij het kalibreer gereedschap. Hier wordt het product gekoeld en wordt gegarandeerd dat de juiste maat gehaald wordt. Kalibreergereedschap is een vaak een messingblok (zie afbeelding hierboven) waartegen het product gedrukt wordt doormiddel van vacuüm. Het materiaal wordt tussen en na de messing blokken gekoeld met water zodat het sterk en vormvast wordt. Achter de koeling bevindt zich een eenheid die de strengen voort trekken. Vaak worden de strengen aan het eind van de lijn in stukken gezaagd of gesneden.

1. Hopper voor kunststof invoer. 2. Schroef die het materiaal smelt en door de matrijs drukt. 3. De matrijs geeft het product de gewenste vorm. 4. kalibreergereedschap, hier zorgt vacuüm voor een constante en juiste vorm. 5. Hier bevindt zich de koeling. 6. De strengen worden voort getrokken. 7. Aan het eind van de lijn worden porties gezaagd. 8. Wat volgt is verpakken.

De mal bepaald welk profiel de streng krijgt, bijvoorbeeld een plaat, staf of buis. Deze techniek is ook zeer geschikt voor folies gebruikt in de verpakkingsindustrie. Bovenstaand voorbeeld beschrijft het proces met kunststoffen. Metaal wordt ook veel verwerkt met deze techniek. Aluminium profielen en stalen H-balken bijvoorbeeld.

De viscositeit van kunststof wordt gemeten in MFI. Een hoge MFI betekent heel vloeibaar. Laag betekent stroperig. Als we kijken naar het extruderen van kunststoffen is er een duidelijk verschil met spuitgieten. Het kunststof mag namelijk niet te vloeibaar zijn. De MFI moet laag zijn. Wanneer je kunststof vergelijkbaar met het spuitgietmateriaal zou gebruiken raakt het product meteen na de matrijs te verlaten zijn vorm kwijt. Verder zijn de te gebruiken type kunststoffen wel vergelijkbaar. LDPE is een veelgebruikte en PP. Maar ook ABS, PC en glasgevulde materialen zijn mogelijk.

Een ander type extrusie is blaasfolie extrusie. Daarbij wordt het materiaal geëxtrudeerd terwijl er lucht binnendoor geblazen wordt. Ideaal voor folie wat dan niet aan elkaar smelt tijdens het extruderen.

Extruderen

Gevolgen voor het productontwerp

In extrusie is eigenlijk alles mogelijk wat je in 2D kan tekenen. Daar hoort natuurlijk een aantal keer “maar” bij. Zo zijn wanden binnen een buitenwand bewerkelijk. Binnenwanden kunnen namelijk niet direct gekoeld worden. Dit betekent onevenredige krimp. Binnenwanden kan je dus beter niet te dik maken ten opzichte van de buitenwanden. Ook afrondingen om de binnenwanden helpen de krimp minder zichtbaar te maken. Wanneer je kiest voor een dikker product dan betekent dat meteen meer kosten van je productlijn. De koeling moet namelijk langer gemaakt worden. Wilt u meer weten over hoe Pro Innovate zijn ontwerpkeuzes maakt? Neem contact op via deze pagina.

Pro Innovate is op bezoek geweest bij Timaflex om in detail te spreken over dit productieproces. De afbeeldingen mochten we gebruiken van www.timaflex.nl

muijlwijk

Even voorstellen: Mijn naam is Ivor Muijlwijk. Product Ontwikkelaar bij ProInnovate en schrijver van deze serie blogs. Met vragen kunt u mij altijd mailen via muijlwijk@proinnovate.nl

Lage druk spuitgieten (TSG)

Dit is de eerste blog uit een serie van totaal tien verschillende productietechnieken geanalyseerd door ProInnovate. ProInnovate voert productontwikkeling uit van idee tot product. Ons specialisme zit hem in het ontwerpen met kennis van productietechnieken.

Tweewekelijks zal er een techniek behandeld worden. Deze week zoomen we in op het lage druk spuitgieten.

Spuitgieten is op te delen in twee categorieën, het compact spuitgieten en het lage druk spuitgieten.

Allereerst wat is de basis van deze productietechniek. Bij lage druk spuitgieten wordt een matrijs of mal in een spuitgietmachine gemonteerd. Regulier granulaat, kunststof korrels, worden gesmolten door verhitting en wrijving van een schroef. Nu komt het belangrijke onderscheid. Bij lage druk zal er blaasmiddel toegevoegd worden aan het granulaat voordat het de schroef in gaat. Dit blaasmiddel heeft de eigenschap dat het schuimend exotherm of endotherm uitzet wanneer er in gesmolten toestand vochtige lucht bij komt. Dit is wat er vervolgens gebeurd wanneer het mengsel schuimend de matrijsholte binnenkomt: het schuim drukt het gesmolten kunststof met kracht tegen de wanden van de matrijs en vormt daarmee het product. Het moment is daar om het product uit te stoten en een nieuwe cyclus te beginnen.

Lage druk spuitgieten

Wat is nou de reden om blaasmiddel te gebruiken? Krimpgedrag van kunststof veroorzaakt inzakking. Het gehele product volume zal afnemen bij het afkoelen.Dankzij het schuim zal de hele holte gevuld worden en heeft het product niet de kans om in te zakken.  Het gebruik van blaasmiddel ondersteund het fabriceren van dikwandige producten. Door het blaasmiddel toe te passen zijn wanddiktes groter dan 4 millimeter eenvoudiger te behalen. Ons advies is om tot een maximale wanddikte van 8 millimeter te gaan in verband met de cyclustijd. Een cyclus wordt dan langer vanwege het lang afkoelen met dikke wanden. Bij compact spuitgieten is een wanddikte van 4 millimeter of groter moeilijk strak te krijgen. In het compact spuitgiettechniek is het de nadruk die inval moet opvangen, dit is druk uitgeoefend door de schroef, die zorgt dat het kunststof alles vult en dat de eerste krimp wordt opgevangen. Echter zit aan nadruk uitoefenen een limiet veroorzaakt door de geometrie van het product en de kracht van de machine. Een bijkomend voordeel van minder nadruk te hoeven gebruiken is dat de matrijzen ook minder druk te verwerken krijgen en dus minder snel beschadigd raken.

Gevolgen voor het productontwerp

Nou zijn er een aantal gevolgen van het gebruik van blaasmiddel. Het middel is namelijk zichtbaar op het oppervlak van de producten, een soort vlampatroon (zie afbeelding). Veel lage druk producten worden dus gelakt na het spuitgieten. Een ander bijkomend effect is verandering in mechanische eigenschappen van het materiaal. Het kunststof zal stijver worden maar daarnaast ook een lagere dichtheid hebben. Dit is toe te schrijven aan de kleine luchtbellen in het materiaal. Het oppervlak is gesloten maar binnenin het product bevinden zich die belletjes vergelijkbaar met een Bros snoepreep.

Wat zijn nou ideale toepassingen voor lagedruk spuitgieten? Dat zijn onder andere producten die slagvast en stijf moeten zijn. Dit vanwege de hoge stijfheid en grotere wanddikte. Denk aan producten op stations of producten in een stal die een klap aan moeten kunnen. Ook medische apparatuur, zoals een anesthesie kast worden veelal met deze techniek gemaakt. Dit vanwege de hoge eisen die gesteld worden in slagtests. Verder worden rekken voor productielijnen veelal gemaakt met deze techniek. Ze buigen dankzij deze techniek minder ver door wanneer ze bijvoorbeeld fruit dragen.

Dit was de eerste blog in de productietechnieken serie. Over twee weken volgt “Extruderen”. Heeft u vragen over een productietechniek of ontwerpvraagstuk dan kunt u ons altijd mailen of bellen via de gegevens op onze website.

muijlwijk

Even voorstellen: Mijn naam is Ivor Muijlwijk. Product Ontwikkelaar bij ProInnovate en schrijver van deze serie blogs. Met vragen kunt u mij altijd mailen via muijlwijk@proinnovate.nl