Drie-dimensionale modellen met laser en computer

CAD, computergesteund ontwerpen, krijgt er een dimensie bij: stereolithografie of desktop manufacturing. Het lijkt pure science fiction: op basis van een gedetailleerd computerontwerp bouwt een laser uit een bad met vloeibaar hars (een monomeer die onder invloed van ultraviolette straling polymeriseert, dus verbindingen aangaat met andere moleculen) een driedimensionaal model op. Dat gebeurt laag voor laag. In een aparte oven met ultraviolet licht kunnen deze modellen, die minder poreus zijn dan men vermoedt, verder worden uitgehard.

The company that solidifies your idea. Zo luidt het motto van het jonge Vlaamse bedrijf Materialise, dat als eerste onderneming in de Benelux deze nieuwe technologie in exploitatie heeft genomen. De trots van Materialise, de 5 miljoen gulden kostende stereolithografiemachine, kan tijdelijk worden bewonderd in de gebouwen van de afdeling Produktietechnieken, Machinebouw en Automatisering van de Katholieke Universiteit Leuven in Heverlee.

'De belangrijkste overweging om stereolithografische modellen te maken zijn kostenbesparingen in de ontwerpfase van het produkt', zegt afgevaardigd bestuurder Wilfried Vancraen. 'Een tekening geeft geen volledig beeld van complexe stukken. Maar met een model haal je makkelijk de fouten uit het produkt en kun je beter nagaan of het ontwerp voor massaproduktie geschikt is.'

Hoewel de eerste stereolithografiemachine, ontwikkeld door het Californische bedrijf 3D Systems, nog maar sinds 1988 op de markt is, maakt deze technologie een stormachtige groei door. Autofabrikant Ford kan al niet meer zonder en dat geldt ook voor de meeste Amerikaanse halfgeleiderfabrikanten. In Duitsland staan in onderzoeksinstituten al zeker twintig van dergelijke machines en ook in Zwitserland en Frankrijk worden ze veel gebruikt. De Benelux loopt nog achter. De enige stereolithografiemachine in Nederland staat bij het NatLab van Philips, maar derden kunnen daar geen gebruik van maken.

In Belgie raakte het Wetenschappelijk Technisch Centrum van Metaalverwerkende Nijverheid (WTCM) geinteresseerd in stereolithografie na een bezoek aan een van de Duitse onderzoeksinstituten. Bij Spectra Physics in Darmstadt, de importeur van 3D Systems, werden eerder dit jaar twee machines besteld, een voor WTCM in Luik en een tweede voor WTCM-KU Leuven. In Leuven besloot men de exploitatie van de machine in een aparte onderneming onder te brengen. Financiele steun kwam van Bell Telephone en Agfa Gevaert, die voor het gebruik van de machine contracten met Materialise hebben afgesloten.

Directeur Vancraen zoekt zijn klanten vooral in de metaalverwerkende industrie en de bouwsector, omdat daar veel met schaalmodellen wordt gewerkt. Het is in principe mogelijk om van een ontwerp een kleine serieproduktie te maken. Door het model onder te dompelen in een bad met siliconenrubber kan een mal of zelfs een proefmatrijs worden vervaardigd. Tot voor kort kon dat alleen aan de hand van ontwerptekeningen.

Aan nieuwe toepassingen wordt gewerkt. Composietenfabrikant Quadrax heeft een stereolithografiemachine vervaardigd met een zeer krachtige laser. Het hars zou daardoor sneller worden uitgehard, maar voor het fijne werk is de machine minder geschikt. Dupont de Nemours komt in 1992 met een systeem op de markt. Bij DTM uit Texas worden op basis van CAD-ontwerpen korreltjes kunststof tot een poreus produkt gesmolten. Hydronetics heeft een machine ontwikkeld die uit kunststoffolie contouren snijdt en dunne lagen lijmt. Een andere mogelijkheid is het sinteren (smelten en aaneenkitten) van plastic- en metaalpoeders.

Chemiefabrikanten werken intussen aan nieuwe polymeren die snel uitharden en toch niet poreus worden. Het Zwitserse Ciba Ceigy, eigenaar van 3D Systems, heeft een vloeistof ontwikkeld die eenmaal uitgehard elastische eigenschappen vertoont. De stereolithografie-afdeling van de Amerikaanse verffabrikant De Soto, eerder dit jaar overgenomen door DSM, komt met een substantie die bijzonder sterk is en bij hoge temperaturen niet uitzet.

Materialise-directeur Vancraen sluit niet uit dat veel grote ondernemingen stereolithografie-apparatuur zullen aanschaffen, maar voor de meeste bedrijven is de investering te kostbaar. 'Ondernemingen die niet dagelijks driedimensionale ontwerpen maken, kunnen dat werk beter uitbesteden.'

foto: Een model van een veer in 'stereolithografisch hars' (urethaan-acrylaat). Met computergestuurde laserbelichting is de vorm laag voor laag opgebouwd in een bad van vloeibaar hars.

    • Jan Libbenga