Prevals: PRinthead EVALuatie Systeem
De C29 is een unieke printhead, een zgn. hotmelt printhead. Deze printhead heeft mogelijkheden die andere printheads niet bieden. Onder andere een hoger temperatuurbereik en een functie om te bepalen of een nozzle faalt (en daardoor geen druppel meer kan geven). De C29 heeft de mogelijkheid die dan schoon te blazen, zodat er weer rustig verder mee geprint kan worden. We hebben al aangetoond dat met deze nozzles in een machine redundantie gegeven kan worden. Bij het signaleren van een falende nozzle kan een andere printhead tijdelijk zijn plaats over nemen. En later weer terugspringen als de eerste nozzle weer werkend is. Dit is vooral bij roll-to-roll applicaties van belang.
Voor materiaalonderzoek is een goede viscositeit nodig van het te printen medium. Daarin is de C29 printhead onovertroffen door o.a. hun extended temperaturerange. Onderzoekers van printbare mediums kunnen de Prevals opstelling uitstekend gebruiken om hun onderzoek te doen. Ook als het een multi materiale applicatie moet worden. 
Het is al langer bekend, 3D productie is in opmars. Het biedt tal van voordelen voor de manier van ontwerpen en het maken. Met andere constructies en materialen kunnen producten lichter worden gemaakt en de duurzaamheid van het gehele productieproces worden verhoogd. Er zijn verschillende technieken voor 3D zoals material jetting, binder jetting, vat polymerization, powder bed fusion en material extrusion. Iedere techniek heeft zijn eigen mogelijkheden en beperkingen. En voor allen geldt dat de systemen eromheen complex zijn. Daarin moeten items als voeding, datapaden, triggering nauw samenwerken met de mechanica van de machinebouwer.
Tot op heden was material jetting onderbelicht, omdat daarbij de parameter luchtdruk ook nog beheerst moet worden. En het te printen medium heeft een bepaalde viscositeit nodig om te kunnen jetten. Maar daartegenover staat dat het daarmee wel andere mogelijkheden biedt zoals jetting van multi material, multi color en multi resolution. En te gebruiken is in combinatie met enkele andere 3D technieken.
C29 Prevals biedt veruit de meeste mogelijkheden
Er zijn verschillende producenten van printheads, maar een hotmelt printhead biedt veruit de meeste mogelijkheden. De C29 van Oce Technologies is er daar één van. Het heeft een extended temperatuurbereik waarmee de viscositeit van het medium op een goede waarde kan worden gebracht. Deze printhead heeft ook een functie om te bepalen of een nozzle verstopt zit of dreigt te raken, de zgn. PAINt functie. Deze kan er voor zorgen dat alle nozzles van de betreffende printhead door te blazen zodat het verder in het productieproces kan doorgaan. Océ gebruikt deze printhead al jaren in hun machines, maar ziet daar nu ook mogelijkheden voor om te gebruiken voor 3D productie.
De Driv; de interface voor de C29 met ethernet communicatie
Van Mierlo Ingenieursbureau is goed bekend met deze printhead. In het verleden hebben we hiervoor een interface ontwikkeld op basis van USB technologie. De ervaring leert dat hiermee het integratieproces in machines een tijdrovende en daarmee dure klus is. Onze subtitel is ‘intelligente elektronica voor meet- en regeltechniek’. Daarin werken we veel met datapaden. Daarom heeft Van Mierlo Ingenieursbureau in eigen beheer een eigen datapad communicatie systeem ontwikkeld op basis van de Xilinx Zynq processor. We zijn begonnen met commercieel verkrijgbare modules zoals die van Trenz, maar liepen steeds achter de feiten aan bij elke nieuwe batch die geleverd werd. Plus dat de integratie ervan in ons ontwerp ook verre van gemakkelijk was. We hebben ons eigen platform gecombineerd met onze kennis van de C29 waaruit een interface voor de C29 is ontstaan met ethernet communicatie, de Driv. Deze biedt tal van voordelen voor machinebouwers, te beginnen met een sterk verkorte installatietijd. Daarnaast is remote diagnostics ook mogelijk. Dit jaar is deze uitvoering door machinebouwers toegepast.
Nog meer voordelen!
Maar er waren meer voordelen te behalen. Daarom hebben we de Prevals ontwikkeld, die er van buiten eenvoudig uitziet, maar van binnen zeer complex is. Doel van de Prevals is om binnen enkele uren na ontvangst ermee te kunnen gaan jetten. Dat is ongekend makkelijk en snel, je hoeft Prevals allen maar aan te sluiten op het voedingsnet en met een computer. Daarvoor zijn er naast de interface nog een 3-tal modules ontwikkeld, alle met ons Zynq platform als basis, gecombineerd in een rack. Het betreft:
- een voeding met ethernet switch: levert de benodigde voeding voor de printhead en andere modules en de onderlinge ethernet communicatie
- een drukunit: levert de benodigde onderdruk (om lekken te voorkomen) en overdruk (om een nozzlesrij schoon te blazen)
- een motion controller en web interface: geschikt voor het lineaire transportsysteem in de Prevals; biedt tevens een draadloze webinterface
De modules zelf voeren hun afgebakende taken uit en onderling communiceren ze met zgn. rpc (remote procedure calls) commando’s. Daardoor zijn deze modules, inclusief de C29 printhead, ook handig om bij ons los te kopen en te gebruiken als een machinebouwer zijn eigen motion controller en user interface wil bouwen. Maar ze kunnen de integratie ook door Van Mierlo Ingenieursbureau ook laten doen, het is één van onze expertises.
Ook voor onderzoekers interessant!
De Prevals is ook erg handig voor onderzoekers. Een combinatie van onderzoek naar de mogelijkheid van toepassing van de C29 in combinatie met een onderzoek naar goed materiaal voor het beoogde productieproces zal steeds belangrijker worden. Met de Prevals hebben we nu een systeem waarmee een klant snel aan de slag kan. In de Driv module kunnen ook parameters van de C29 printhead ingesteld worden, bijv. de pulsvorm voor het jetten. Dit is handig bij het onderzoek naar printbare materie voor een productieproces. Mochten de mogelijkheden voor multi materiaal jetten onderzocht moeten worden, dan kunnen er tot maximaal 4 printheads in de Prevals geplaatst worden.
Hieronder een voorbeeld van integratie van ons systeem in een machine. ”Binnen het Smart Industry fieldlab Multimateriaal 3D-printen (MultiM3D) werken TNO, Océ Technologies en NextDent hard aan een oplossing waarvoor een miljardenmarkt in het verschiet kan liggen”. Lees meer hierover in het artikel uit een recent Link magazine: Geloofwaardig kunstgebit dankzij 3d-printing.
De toekomst
Een systeem als Prevals bestond nog niet eerder. Hiermee is snel en eenvoudig onderzoek mogelijk naar hoe 3D productie een boost te geven. Het is nu nog alleen geschikt voor de C29, maar ook geschikt te maken voor andere printheads. Momenteel zijn we al met een tweede printhead bezig. Daartoe hoeven we alleen de Driv aan te passen aan de mogelijkheden en beperkingen die deze printhead heeft.
De Prevals is ook een praktisch en modulair systeem, waarvan de delen eenvoudig door een machinebouwer te integreren zijn. Gezien het potentieel van de 3D productie verwachten we dat we hiermee een aardig business potential hebben neergezet.
