nl RoMuPAM: gerobotiseerde meerassige kunststof additieve productie

Het algemeen doel van dit project is om de procesketen voor gerobotiseerde kunststof AM (Additive Manufacturing) te optimaliseren en de toepasbaarheid voor Vlaamse bedrijven in kaart te brengen. Hierbij wordt aandacht besteed aan het verhogen van de betrouwbaarheid en doorlooptijd te verkorten van alle componenten in de procesketen.

Individuele component van de procesketen zijn reeds voor handen: materiaal, printkoppen, robots, CAD/CAM systemen en enkele buitenlandse spelers hebben reeds de toepasbaarheid aangetoond. Binnen dit project worden alle componenten samengevoegd. Vertrekkende van materiaalselectie, CAM-programmatie, productie (en productiesimulatie) en ten slotte kwaliteitscontrole van het afgewerkte onderdeel.

Deze procesketen wordt getest aan de hand van verschillende case studies komende van de gebruikersgroep, welke bestaat uit: eindgebruikers, serviceproviders, materiaalleveranciers, CAD/CAM-leveranciers en hardwareleveranciers (robotproducenten, printkopverdelers, etc.). De meeste van deze bedrijven zijn kmo's. Zo zijn er naast de grote spelers in Vlaanderen (Materialise, LayerWise, etc.) een groot aantal kleine AM-bedrijven. Daarnaast zijn er ook materiaal- en CAD/CAM-toeleveranciers welke hun afzetmarkt zien vergroten, en ook hier zien we voornamelijk kmo's in de Vlaamse markt. De robotmarkt is waarschijnlijk de enige link in de procesketen welke gedomineerd wordt door grote spelers.

Er wordt geschat dat binnen een tijdsbestek van 2 jaar 16 Vlaamse bedrijven baat zullen hebben bij de resultaten van dit project, hiervan zullen meer dan 10 bedrijven kmo's zijn.

Binnen het RoMuPAM-project werd gewerkt op basis van case studies om de toepasbaarheid van gerobotiseerd 3D-printen van kunststoffen aan te tonen in een industriële context. Binnen elke case werd een object gefabriceerd door middel van een robotarm waarop een printkop voor kunststoffen staat gemonteerd. Om relevantie voor het werkveld te garanderen, werden cases vastgelegd in samenspraak met een begeleidingsgroep bestaande uit 12 ondernemingen.

Het hele proces startend bij printbaan generatie, vervolgens optimalisatie van printparameters, en tot slot metingen op het afgewerkte product werden voor elke case geanalyseerd. Hieruit werden zowel generieke als case-specifieke conclusies getrokken voor het robot 3D-printen. Er werden in totaal 6 cases uitgevoerd waaruit inspiratie geput kan worden voor (nieuwe) toepassingen voor kunststof 3D-printen. De technische beschrijving hiervan is ook een goede houvast voor de technische haalbaarheid van de productie van andere onderdelen met robot printing of kan richting geven welke stappen best gevolgd worden naar het produceren van andere producten.

Tijdens het project werden verschillende workflows voor het kunststof 3D-printen met een robotarm in kaart gebracht en gedocumenteerd. Dit omvatte oplossingen voor het genereren van printbanen voor het robot 3D-printen, het interfacing van een printkop met de sturing van een robot, en het afstemmen van de printparameters en 3D-ontwerpen voor robot printing.

Bij de start van het project werd al snel duidelijk dat de toepassingen voor robot 3D-printing liggen in de productie van grootschalige objecten. De voornaamste reden is de materiaalkost die steeds meer doorweegt bij grootschalige onderdelen. Zo kan vanwege de grote bewegingsvrijheid van een robotarm steunmateriaal achterwege gelaten worden, en kan met minder materiaal toch een grote stijfheid of sterkte behaald worden door printbanen gecurved neer te leggen.

Het grootschalig 3D-printen vraagt ook het gebruik van een hoge debiet printkop, wat extra uitdagingen met zich meebrengt. Daarom werd ook op niveau van het printproces aan kennisverhoging gedaan. Er werden namelijk 2 simulatiemodellen opgesteld. Een eerste model simuleert het materiaalgedrag in de printkop, een tweede model simuleert de afkoeling van het materiaal tijdens en na depositie uit de printkop. Dit tweede model werd ook gevalideerd door infrarood beeldvorming (IR camera) en thermokoppels. De resultaten van beide modellen geven richting naar instellingen (temperaturen en snelheden) en limieten van het printproces, zonder dat er printtesten hoeven uitgevoerd te worden.

Voor ondernemingen of individuen die zelf aan de slag willen gaan met 3D robot printing is onze gebruikersgids waarschijnlijk de meest waardevolle output van dit project. Hierin worden op begrijpelijke en toegankelijke wijze de stappen van en benodigdheden voor het robot 3D-printen met kunststoffen toegelicht. Ook worden heel wat praktische tips en tricks gegeven en wordt gewaarschuwd voor mogelijke valkuilen.