Printen of verspanen: wanneer kies je wat?

Wat is het verschil tussen printen en verspanen?

Verspanen begint bij een blok, staaf of plaat en neemt weg wat niet bij het onderdeel hoort. Printen bouwt het op. De norm ISO/ASTM 52900 omschrijft additive manufacturing als materiaal samenvoegen tot onderdelen uit 3D-modeldata, meestal laag op laag, tegenover verspanende en vormgevende methoden.

De norm kent zeven procescategorieën. Voor metalen precisiedelen tellen er vooral twee: poederbedfusie, waarbij warmte delen van een poederbed versmelt, en gerichte energiedepositie, waarbij materiaal smelt terwijl het wordt neergelegd.

Voor de maakroute verschuiven daarmee de grenzen. Bij verspanen bepaalt de opspanning wat je bereikt; bij printen bepaalt de printrichting welke vlakken glad worden en waar steunen komen.

Welke vorm pleit voor printen, en welke niet?

Printen wint waar een frees niet komt: een koelkanaal dat in een bocht door een inzet loopt, een spruitstuk met kruisende kanalen zonder dichtgestopte boorgaten, een roosterstructuur, vijf onderdelen die één deel worden. Daar is de vorm zelf het argument.

Een prismatisch blok met kamers, boringen en schroefdraad is het omgekeerde. Daar wint verspanen op prijs, maat en levertijd. Het Britse onderzoeksinstituut TWI noemt conventionele productie nog steeds de betere keuze voor eenvoudige onderdelen die makkelijk te maken zijn.

Printen en verspanen worden vaak verkocht als twee kampen, met een technologiekeuze vooraf. Dat is te vroeg: de keuze valt per vlak. Wie die keuze maakt, moet weten hoe een vrije vorm in de machine gaat en waar het nulpunt komt. Die kennis zit in de werkplaats, niet in een prijs die alleen het volume van een model telt.

Is een geprint onderdeel meteen maatvast en glad?

Niet op de vlakken die ertoe doen. Een literatuuroverzicht van de Luleå University of Technology beschrijft metalen delen uit poederbedfusie met een laser als ruw zoals ze uit de machine komen. In een voorbeeld daaruit had een geprinte warmtewisselaar een ruwheid Sa van 24,0 µm, tegen 0,316 µm voor de conventionele uitvoering.

Volgens het overzicht is die oppervlakteruwheid voor veel toepassingen te hoog voor een eindproduct, vooral door vermoeiing: in een aangehaalde studie lag de vermoeiingsgrens bij hoge cycli tot 40 procent lager dan bij nabewerkte proefstukken. Horizontale vlakken worden het best; hoe flauwer een overhangend vlak, hoe ruwer.

Restspanning en kromtrek komen voort uit de warmte van het printen: de spanning blijft in het deel en trekt het krom zodra het van de bouwplaat gaat. Een maattolerantie die je met verspanen in één opspanning haalt, haal je met printen niet vanzelf. Elk vlak dat op de tekening een passing, een ruwheidseis of een vorm- en plaatstolerantie heeft, krijgt dus een bewerking.

Zes criteria naast elkaar

De keuze valt zelden op één criterium. Dit zijn de zes die in een offerte de doorslag geven. Kies bij twijfel de route waarin de minste vlakken eerst geprint en daarna toch verspaand worden.

Wat komt erbij als je een printdeel nabewerkt?

Voor de verspaner is een geprint deel een ruwdeel zonder rechte kant, op een bouwplaat en vaak met steunen; ISO/ASTM 52900 merkt op dat steunen verwijderen en reinigen vaak nodig is. Bij metaal volgt meestal een warmtebehandeling, zoals spanningsarm gloeien, voordat de verspaning begint.

Een vrije vorm heeft geen vlak om tegen te leggen en geen datum om vanaf te meten. Spreek vóór het printen af waar het deel wordt gespannen: een spanlip of vlakke voet die mee wordt geprint en later verdwijnt, en overmaat op elk vlak dat een bewerking krijgt. Zo wordt het printdeel een uitgangsmateriaal waarmee je een route plant, terugrekenend vanaf de laatste opspanning.

Reken op een eigen spanmiddel en een taster om het deel uit te lijnen: een geprinte vorm ligt niet precies waar het model hem tekent. Een inwendig kanaal bereikt de taster niet. Het blijft zoals het geprint is, en je controleert het op een andere manier, bijvoorbeeld met industriële CT; ook die controle hoort in de afspraak en in de prijs.

Wat doet het aantal stuks met de keuze?

Printen vraagt geen gereedschap per vorm, en dat maakt het aantrekkelijk voor kleine aantallen. Een literatuurstudie van het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology (NIST) stelt dat printen in veel gevallen duurder is dan traditionele methoden, en kosteneffectief voor kleine series. In een kostenvoorbeeld voor een onderdeel van roestvast staal, dat het rapport in varianten laat zien, is de machine bijna overal de grootste post: gemiddeld 62,9 procent van de kosten.

Bij verspanen zijn instellen en programmeren eenmalige kosten die zich over de serie verdelen, zoals waarom een kleine serie zoveel kost per stuk laat zien. Een hybride route heeft beide: een printdeel met een prijs per stuk en een verspanende stap met eigen programma en spanmiddel.

Van de € 1.500 bij één stuk is € 700 eenmalig; bij tien stuks is dat € 70 per stuk, terwijl print en nabehandeling gelijk blijven. Bij één stuk is de voorbereiding van de verspaning de grootste post, bij tien de print. Offreer een hybride deel daarom in een staffel met minstens twee aantallen, zodat zichtbaar is welke post bij welk aantal de kostprijs bepaalt.

Hybride routes: één onderdeel, twee processen

Hybride productie kan in één machine: een overzichtsartikel van de University of Bath beschrijft werkstations die opbouwen en verspanen combineren; veel daarvan koppelen gerichte energiedepositie aan CNC-verspaning op een meerassige machine. Opbouwen, meten en opnieuw bewerken op één plek maakt ook reparatie van beschadigde, kostbare onderdelen mogelijk.

Vaker loopt de route via twee partijen, en dan bepaalt de afspraak de kwaliteit. ISO/ASTM 52901 beschrijft wat klant en leverancier bij een geprint deel vastleggen: de definitie van het onderdeel, de eisen aan het uitgangsmateriaal, de eindeigenschappen, de inspectie en de acceptatie, tot en met een eerste productiedeel. Wat je bij levering wilt aantonen, leg je bij de bestelling vast.

Zet een hybride route in de offerte als aparte regels: printdeel, warmtebehandeling als uitbestede regel, programmeren, spanmiddel, elke opspanning, verspanen en inspectie. Ontbreekt de prijs van de printleverancier, laat de regel dan open, zoals bij een nabehandeling zonder prijs. Een open regel is een vraag aan de leverancier; een gegokte regel is een risico in je eigen marge.