Onderdeel van onze Complete gids voor additieve fabricage met draadboog →
Additive manufacturing (AM), ook wel bekend als industrieel 3D-printen, is een proces waarmee driedimensionale objecten kunnen worden vervaardigd door materiaal laag voor laag aan te brengen op basis van digitale 3D-modellen. Het betreft een reeks productieprocessen waarbij fysieke onderdelen laag voor laag worden opgebouwd op basis van 3D-modelgegevens, in tegenstelling tot subtractieve methoden waarbij materiaal uit een massief blok wordt verwijderd.
Additive manufacturing omvat zeven procescategorieën die zijn vastgelegd in ISO/ASTM 52900; hier gaan we in dit artikel dieper op in. Van deze zeven categorieën van additive manufacturing maken we bij MX3D gebruik van ArcDED. Sinds 2014 leveren we grootschalige metalen AM-onderdelen voor sectoren als energie, scheepvaart, automobielindustrie, defensie, kunst & design en architectuur, waarbij we gebruikmaken van robotgestuurde WAAM-technologie in combinatie met onze Metal AM M1- en MX-systemen.
Definitie van additive manufacturing
Additive manufacturing (AM) is een groep productieprocessen waarbij fysieke onderdelen laag voor laag worden opgebouwd op basis van 3D-modelgegevens, in tegenstelling tot subtractieve methoden waarbij vormen uit een massief blok worden gesneden. Deze techniek is gestandaardiseerd volgens ISO/ASTM 52900, waarin zeven procescategorieën worden gedefinieerd, die later nader zullen worden toegelicht en uitgewerkt.
De term 'additief' wordt gebruikt om aan te geven dat er materiaal wordt toegevoegd, in tegenstelling tot 'subtractieve' methoden waarbij materiaal wordt weggehaald. De termen 3D-printen, rapid prototyping en digitale productie worden vaak door elkaar gebruikt om hetzelfde aan te duiden.
Additive Manufacturing versus 3D-printen: wat is het verschil?
Hoewel de termen vaak als synoniemen worden gebruikt, is er een historisch verschil. Volgens de gangbare praktijk in de sector verwees ‘3D-printen’ naar prototyping op desktopniveau, terwijl ‘additive manufacturing’ betrekking had op zware, industriële productieprocessen
Tegenwoordig worden deze termen door ISO/ASTM als synoniemen gebruikt. In de praktijk blijft er echter een onderscheid bestaan: ingenieurs gebruiken doorgaans AM, de overkoepelende term, wanneer ze constructie- of productieonderdelen specificeren, terwijl 3D-printen de alledaagse, toegankelijke term blijft. Dit geeft antwoord op de veelgestelde vraag over het verschil tussen 3D-printen en additive manufacturing.
Lees meer over de verschillen tussen WAAM en gieten en smeden.
Hoe additive manufacturing werkt
Ongeacht het specifieke materiaal of de machine verloopt het AM-proces doorgaans volgens een standaardwerkstroom van vijf stappen:
Ontwerp: Een CAD-model of scan maken (STEP, STL, 3MF).
Snijden / routeplanning: Gebruik van software zoals MetalXL WAAM om geometrie om te zetten in machine-instructies (G-code of iets vergelijkbaars).
Werkwijze: De machine brengt het materiaal laag voor laag aan, sintert of hardt het uit, waarna een volledig geprint onderdeel ontstaat.
Nabewerking: taken zoals het verwijderen van steunconstructies, warmtebehandeling, CNC-afwerking en niet-destructief onderzoek.
Kwalificatie: Het onderdeel wordt getoetst aan de specificaties, waarbij onder meer maat-, mechanische en chemische controles kunnen worden uitgevoerd. Het is belangrijk te beseffen dat onze materialen vooraf zijn gekwalificeerd en dat de onderdelen afzonderlijk worden gekwalificeerd, om de beste kwaliteit te garanderen.
Opmerking: Bij grote metalen onderdelen zien stap 3 tot en met 5 er heel anders uit dan bij desktop-3D-printen. Industriële AM-systemen, zoals WAAM, zijn geïntegreerde productiecellen met lasstroombronnen, robotbesturing en inline-monitoring.
De 7 categorieën van additive manufacturing
De norm ISO/ASTM 52900 deelt additive manufacturing in zeven verschillende procescategorieën in. Inzicht hierin helpt om te bepalen welke technologie geschikt is voor specifieke materialen en toepassingen.
| Categorie | Procesfamilie | Veelgebruikte materialen | Veelvoorkomende toepassingen |
| Binder Jetting (BJT) | Vloeibaar bindmiddel op poederbed | Metaal, zand, keramiek | Zandgietvormen, metalen prototypes |
| Direct Energy Deposition (DED) | Gerichte energie smelt het aangebrachte materiaal | Metaaldraad of -poeder | Grote onderdelen, reparatie, bekleding (inclusief WAAM) |
| Materiaalextrusie (MEX) | Thermoplastisch materiaal dat door de spuitmond wordt geëxtrudeerd | Polymeren, composietmaterialen | Prototyping, polymeeronderdelen voor eindgebruik |
| Material Jetting (MJT) | Door UV-licht uitgeharde fotopolymeerdruppels | Fotopolymeren, wassen | Zeer gedetailleerde prototypes, medische modellen |
| Poederbedfusie (PBF) | Laser- of elektronenstraal smelt poeder | Metaal, polymeer | Bevestigingsbeugels voor de lucht- en ruimtevaart, medische implantaten |
| Lamineren van vellen (SHL) | De vellen worden gelamineerd en op maat gesneden | Papier, metaal, composiet | Niche-gereedschappen, hybride onderdelen |
| Vat-fotopolymerisatie (VPP) | UV-uitgeharde hars in een bak | Fotopolymeren | Sieraden, tandheelkunde, miniaturen |
Binder Jetting (BJT): Bij deze techniek wordt een vloeibaar bindmiddel op een poederbed aangebracht. De methode staat bekend om zijn snelheid en wordt vaak gebruikt voor zandgietvormen en metalen prototypes.
Directed Energy Deposition (DED): maakt gebruik van gebundelde energie om materiaal, zoals metaaldraad of -poeder, te smelten terwijl het wordt aangebracht. Tot deze categorie behoort ook WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), de op draad gebaseerde variant van DED. Deze techniek is bij uitstek geschikt voor grote onderdelen, reparaties en bekleding. Lees meer in onze gids over Wat is WAAM?.
Materiaalextrusie (MEX): Hierbij wordt een thermoplast door een verwarmd mondstuk geëxtrudeerd. Deze techniek wordt veel toegepast voor het maken van prototypes en het vervaardigen van polymeeronderdelen voor eindgebruik uit polymeren en composietmaterialen.
Material Jetting (MJT): Druppeltjes fotopolymeer worden aangebracht en onmiddellijk uitgehard door middel van UV-licht. Deze techniek wordt gebruikt voor zeer gedetailleerde prototypes en medische modellen, waarbij fotopolymeren en was worden gebruikt.
Poederbedfusie (PBF): Hierbij wordt een laser- of elektronenstraal gebruikt om metaal- of polymeerpoeder te smelten. Veelvoorkomende toepassingen zijn onder meer beugels voor de lucht- en ruimtevaart en medische implantaten.
Laminaatbewerking (SHL): Materialen (papier, metaal of composiet) worden aan elkaar gelamineerd en vervolgens op maat gesneden. Deze methode wordt doorgaans toegepast voor nichegereedschappen en hybride onderdelen.
Vat-fotopolymerisatie (VPP): Een vloeibare fotopolymeerhars in een bak wordt selectief uitgehard door middel van UV-licht. Deze techniek is zeer populair voor sieraden, tandheelkundige toepassingen en miniaturen.
Additieve versus subtractieve productie
Additieve en subtractieve productie vullen elkaar over het algemeen aan in plaats van dat ze met elkaar concurreren. In feite ondergaan de meeste (gedeeltelijk) additief vervaardigde industriële onderdelen een subtractieve CNC-afwerking om nauwkeurige eindtoleranties te bereiken. Bij de keuze tussen traditionele productie en additieve productie geldt als goede vuistregel: als een gegoten of gesmeed onderdeel achteraf ook nog CNC-bewerking vereist, is additieve productie het betere alternatief. Dit komt met name door de kortere doorlooptijd.
| Factor | Additief | Subtractief |
| Uitgangspunt | 3D-model | Blok of blok |
| Materiaalverspilling | ~5-10% | 70-90% |
| Gereedschapskosten | €0 | Armaturen, gereedschap |
| Geometrische vrijheid | Hoog | Gemiddeld |
| Oppervlakteafwerking | Nabewerking is vaak nodig | Uitstekende afwerking |
| Levertijd voor nieuwe onderdelen | Dagen | Weken (indien er gereedschap nodig is) |
| De beste keuze | Complexe geometrieën, kleine tot middelgrote productieseries | Nauwkeurige eigenschappen, grote volumes |
Voordelen van additive manufacturing
Hoewel additive manufacturing aanzienlijke voordelen biedt, is het belangrijk om te begrijpen waarin deze technologie uitblinkt en wanneer traditionele methoden geschikter zijn.
Belangrijkste voordelen:
Ontwerpvrijheid: met AM zijn topologie-optimalisatie, interne kanalen en samengevoegde assemblages mogelijk.
Minder materiaalverspilling: Bij AM bedraagt de verspilling doorgaans 5-10%, tegenover 70-90% bij CNC.
Kortere doorlooptijden: De productie duurt dagen tot weken, terwijl het gieten of smeden van gereedschap maanden in beslag neemt.
Productie op aanvraag / lokale productie: maakt een einde aan de afhankelijkheid van gereedschappen.
Onderdelenconsolidatie: één enkel geprint onderdeel kan assemblages van 250 componenten vervangen.
Gewichtsvermindering: mogelijk door het gebruik van roosterstructuren en topologie-optimalisatie.
Reserveonderdelen voor verouderde apparatuur: kunnen worden geproduceerd zonder dat er matrijzen nodig zijn.
Digitale magazijnen: Er is geen opslagruimte meer nodig voor het bewaren van reserveonderdelen. Start gewoon een nieuwe print wanneer er een nieuw onderdeel nodig is.
Beperkingen en wanneer AM niet de oplossing is
De beperkingen lopen sterk uiteen per procesfamilie. Veelvoorkomende beperkingen zijn onder meer:
Bij industriële onderdelen is nabewerking vrijwel altijd nodig.
De oppervlakteafwerking komt zelden direct na het printen overeen met de precisie van de CNC-bewerking. Dit kan echter ook bij traditionele productie het geval zijn.
Certificering en kwalificatie kunnen traag verlopen in gereguleerde sectoren of in sectoren waar de technologie nog in gebruik wordt genomen
De keuze van het proces is van groot belang: WAAM is bijvoorbeeld geschikt voor grote metalen onderdelen, PBF is het meest geschikt voor fijne details en MEX wordt doorgaans gebruikt voor het maken van prototypes van polymeren.
Industriële toepassingen per sector
Verschillende AM-categorieën zijn gericht op verschillende sectoren, afhankelijk van hun specifieke eisen op het gebied van materiaal en schaalgrootte:
Energie (olie, gas, wind, kernenergie): AM wordt gebruikt voor onderdelen die onder hoge druk staan, waaiers en reserveonderdelen voor verouderde infrastructuur.
Maritiem: Toepassingen zijn onder meer schroeven, roeronderdelen en reserveonderdelen op aanvraag voor schepen. Lees meer over WAAM in de maritieme sector.
Defensie: Geschikt voor lokale productie, beugels en hoogwaardige legeringen.
Architectuur en bouw: Maakt gebruik van AM voor constructieknooppunten, gevelelementen en op maat gemaakt metaalwerk.
Automobielindustrie: Gebruikt AM voornamelijk voor prototyping, gereedschappen en prestatieonderdelen in kleine series.
Welke plaats neemt WAAM in binnen het AM-landschap?
Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) is de op draad gebaseerde variant van Directed Energy Deposition (DED).
Bij een vergelijking van DED-processen zoals WAAM met Powder Bed Fusion (PBF) zijn schaalgrootte en economische aspecten de belangrijkste onderscheidende factoren. WAAM blinkt uit in grootschalige productie en kan onderdelen printen met afmetingen variërend van 100 mm tot meer dan 5 x 5 x 5 meter. Het proces haalt afzettingssnelheden van 2 tot 15 kg/u, terwijl PBF-systemen doorgaans veel langzamer zijn, met snelheden van 0,1 tot 0,5 kg/u.
Bovendien maakt WAAM gebruik van standaard lasdraad (dat ongeveer € 5 tot € 15 per kilo kost), wat een enorm voordeel oplevert qua materiaalkosten ten opzichte van verstoven metaalpoeders (€ 50 tot € 200 per kilo).
Als een onderdeel te groot is voor een standaard PBF-bouwkamer, als korte doorlooptijden van cruciaal belang zijn of als de kosten voor grondstoffen een groot deel van het budget opslokken, is WAAM doorgaans het economisch meest voordelige AM-proces. MX3D is sinds 2014 gespecialiseerd in de levering van deze grootschalige metalen AM-onderdelen voor de energie-, maritieme, defensie- en architectuursector.
Lees meer over de WAAM-technologie die we bij MX3D gebruiken en hoe we deze toepassen in onze producten en diensten, zoals 24/7 print-on-demand met onze Metal AM M1- en MX-systemen.
Veelgestelde vragen
Wat is additive manufacturing in eenvoudige bewoordingen?
Additive manufacturing is een productiemethode waarbij een fysiek onderdeel laag voor laag wordt opgebouwd op basis van een digitaal 3D-model, met behulp van processen zoals poederbedfusie, materiaalextrusie of draadboogdepositie. Het is de industriële benaming voor wat in de volksmond ‘3D-printen met metaal’ wordt genoemd.
Wat is het verschil tussen 3D-printen en additive manufacturing?
Hoewel de termen vaak als synoniemen worden gebruikt, verwijst 3D-printen van oudsher naar toepassingen op desktopniveau of voor het maken van prototypes, terwijl additive manufacturing doorgaans betrekking heeft op industriële processen op productieniveau.
Wat zijn de 7 categorieën van additive manufacturing?
De 7 categorieën die in ISO/ASTM 52900 worden gedefinieerd, zijn Binder Jetting (BJT), Directed Energy Deposition (DED), Material Extrusion (MEX), Material Jetting (MJT), Powder Bed Fusion (PBF), Sheet Lamination (SHL) en Vat Photopolymerization (VPP).
Wat zijn de belangrijkste voordelen van additive manufacturing?
De belangrijkste voordelen zijn onder meer een grote ontwerpvrijheid, minder materiaalverspilling (5-10%), kortere doorlooptijden, het samenvoegen van onderdelen, gewichtsbesparing en de mogelijkheid om op aanvraag reserveonderdelen voor oudere apparatuur te produceren.
Waar wordt additive manufacturing in de industrie toegepast?
Het wordt op grote schaal toegepast in diverse sectoren, waaronder de energiesector, de maritieme sector, defensie en lucht- en ruimtevaart, architectuur en bouw, de automobielsector en de medische sector.
