Page 1




The Magazine

AM –13/14 Vol.05 Issue 25 Website:

on the cover: The ‘New FORMIGA P110 Plastic-EOS’

latest updates: 22.

Press Release: Stratasys Introduces Tough Unfilled Nylon for Additive Manufacturing

23.     News Release:  Renishaw -  BLOODHOUND SSC turns to Renishaw for 3D printing expertise       24. Press Release: Voxeljet - Custom bikes in batch sizes of one 

regulars: 4.Editorial Insight 5. White Paper: Additive Manufacturing Trend in Aerospace: Leading the way

10. Modelling Luxury -Stratasys

12.  Medical: Saving Cyrano: How Additive Manufacturing Helped Create a One-of-a-kind Knee Joint for a Cat- EOS

14.   Lotus F1 Team and 3D Systems move together towards raceready mass production of parts


16. Case study: The 3D Printed Pen is Mightier than the Sword

18. Case Study: Innovative methods for testing aortic aneurysm devices

20. Case study-Turbine Wheel



Additive Manufacturing Technology Magazine  Dear Readers,  Wish you all a happy and prosperous new year‐ 2014.                                         It  is  our  great  pleasure  to  announce  that  The  RPD  Magazine  has  become AM Magazine.  The continuous innovation of new 3D printing  and additive manufacturing process has been a revolution in the field of  additive manufacturing.   Aha 3D Innovations Pvt. Ltd., India’s first designer and manufacturer of indigenous 3D printers has come  out with ProtoCentre 999 and ProtoCentre1812 PRO Rapid Prototyping Machines. The process works on    Fused Filament Fabrication (FFF), one of the popular processes of Rapid Prototyping which fabricates a  3D object by depositing layer upon layer of a molten thermoplastic thread (Fused Filament).   It  is  good  news  for  Additive  Manufacturing  Service  bureau’s,  academics  and  research  &  development  organisations to look in to the new AM technology for their applications.  -L. Jyothish Kumar CEO and Managing Editor                                              



White Paper: Additive Manufacturing Trends in Aerospace: Leading the way                                                        

By Joe Hiemenz, Stratasys, Inc.    Aerospace  is  the  industry  that  other  industries  look  to  for  a  glimpse at what’s on the horizon. Aerospace has a long history  of  being  an  early  adopter,  innovator  and  investigator.                                     What  this  industry  was  doing  decades  ago  has  now  become                                     commonplace,  almost  pedestrian.  For  example,  the  aerospace                                     industry was the earliest adopter of carbon fiber, and it was the                                     first  to  integrate  CAD/CAM  into  its  design  process.  There  are                                     many  other  examples  that  show  that  trends  in  aerospace  are                                     predictors  of  future  trends  in  manufacturing  across  all  industries.      The  aerospace  industry  has  incorporated  additive  manufacturing  (AM)  throughout  all  processes  and  functions;  from  the  design concept to near‐end‐of‐life repairs. With each success, it then drives AM deeper into related processes, making it  multi‐purpose.  And  aerospace  continues  to  investigate  new  applications  and  invest  in  research  to  make  them  possible.  Ultimately, the outcome of that research trickles down to AM users in a wide spectrum of disciplines and applications.    The  aerospace  industry  has  incorporated  additive  manufacturing  (AM)  throughout  all  processes  and  functions;  from  the  design concept to near‐end‐of‐life repairs. With each success, it then drives AM deeper into related processes, making it  multi‐purpose.  And  aerospace  continues  to  investigate  new  applications  and  invest  in  research  to  make  them  possible.  Ultimately, the outcome of that research trickles down to AM users in a wide spectrum of disciplines and applications.    As  a  design  tool,  AM,  also  known  as  3D  printing,  has  been  used  for  two  decades.  Aerospace  led  the  way,  and  all  other  industries have followed in its footsteps. So, this is a reminder, not a predictor, of aerospace’s trend‐setting role and of the  value of AM.     Much like CAD/CAM, AM is no longer a tool that requires financial justification. Its value is a given, and the attitude is “Let’s  just  3D  print  it,”  as  one  aerospace  staffer  commented.  It  is  an  “enabler,”  said  another.  So  how  is  AM  being  used  in  the  aerospace industry today, which can predict similar use in mainstream manufacturing in the near future?  Prototype  SelectTech  Geospatial,  an  advanced  manufacturing  facility  for  commercial and defense applications, has the distinction of producing the  first 3D‐printed unmanned aerial system (UAS) to take off and land on its  gear.  The airframe was made entirely from AM parts.    For  SelectTech,  AM  offers  the  flexibility  to  iterate.  It  uses  AM  in  a  trial‐  and‐error approach that avoids lengthy delays for analysis and simulation.  Its  process  is  simple,  direct  and  efficient:  Design,  print,  assemble,  fly,  learn        and repeat. According to Frank Beafore, engineering director for                                     SelectTech, “[There were] no failures; each attempt gave us information,”  he said. “3D printing is an enabler.”  Fig.1.For SelectTech, UAS test flight damage is a learning experience.                         

Test When  building  a  handful  of  highly  customized  vehicles  and  subjecting  them  to  punishment,  NASA  decided  that  stock  parts  and  traditional  manufacturing methods weren’t the best choice. NASA’s 3D‐printed parts  for  the  Mars  rover  included  items  such  as  flame‐retardant  vents  and  housings, camera mounts and large pod doors.                                                                                                     Fig.2.NASA outfitted the Mars rovers with 70 AM parts   


White Paper: Additive Manufacturing Trends in Aerospace: Leading the way                                                        

AM offered  the  design  flexibility  and  quick  turnaround  to  build  custom‐tailored  housings.  For  example,  one  ear‐shaped,  exterior housing is  deep and  contorted,  making it impossible — or at  least prohibitively  expensive — to machine. In  all,  NASA produced 70 AM parts for its test vehicles.    This  ensured  that  the  rover’s  parts  are  based  on  the  best  possible  design  by  solving  challenges  before  committing  to  expensive tooling. “Everyone’s got a budget to deal with, and we’re no different,” says Chris Chapman, NASA test engineer.    Manufacturing Processes     Between  design  and  production  lie  many  opportunities  to  leverage  AM  for  custom  manufacturing  tools.  Although  AM  doesn’t manufacture the finished goods in this set of applications, it produces jigs, fixtures, aids, gages and other tools that  make production more efficient while minimizing expenses and delays.    Tooling  Advanced Composite Structures (ACS) repairs fixed‐wing and rotary‐wing   aircraft  and  performs  low‐volume  component  manufacturing,  using  composite parts.  This work needs layup tools, mandrels, cores and drill guides. When these  are  CNC  machined,  ACS  invests  several  months  and  many  thousands  of  dollars. And when changes occur, costs rise and delays mount.  The  resolution  is  AM  for  nearly  all  of  its  composite  tooling  needs.  On  average,  layup  tools  cost  only  $400  and  are  ready  for  use  in  24  hours,  which means that changes are no longer serious issues.                                                Fig.3.ACS helicopter fin (center) with AM drill guide (front).                                                                                                                                                     

AM really shines for hollow composite parts, such as a capsule for a remotely piloted vehicle. Wrapping composites around  a soluble core made with AM eliminates tooling bucks and two‐piece clamshell tooling.   “For the repairs and short‐volume production work that we specialize in, tooling often constitutes a major portion of the  overall cost. Moving from traditional methods to producing composite tooling with Fused Deposition Modeling has helped  us substantially improve our competitive position,” said Bruce Anning, ACS owner.  Connecticut Corsair is a volunteer organization dedicated to restoring its  namesake,  historic  aircraft.  On  every  project,  it  faces  the  challenge  of  replacing  legacy  parts.  They  are  difficult  to  locate  and  just  as  hard  to  replicate since most don’t match the archived engineering drawings.    Another challenge  is  the low‐volume  of parts. Because each forming die  could  cost  tens  of  thousands  of  dollars,  this  nonprofit  organization  struggled to find the funds to reproduce needed parts.                                                                                                                                                         Fig.4.  An original Corsair in flight.  It’s  counterintuitive,  but  plastic  tools,  made  with  AM,  can  be  used  in  the  high‐pressure  hydro  forming  process  to  make  sheet metal parts. According to Craig McBurney, the organization’s founder and project manager “Once we have that file,  we print out forming blocks and have the sheet metal parts hydro formed. It was unheard of in our industry to do that so  quickly and so accurately,” he said.    Piper Aircraft also uses hydro forming, but its application is for hundreds   of  aluminum  structural  parts  on  new  aircraft.  In  the  past,  it  used  machined  tools  for  sheet  metal  forming.  Piper  determined  that  polycarbonate  tools  could  withstand  hydro  forming  pressures  ranging  from 3,000 to 6,000 psi, making it suitable for forming all of its structural  parts.   Fig.5.Piper Aircraft hydroforms sheet metal parts on FDM‐Created tools 


White Paper: Additive Manufacturing Trends in Aerospace: Leading the way                                                        

“I can program an FDM part in 10 minutes while a typical CNC program takes four hours to write,” said Jacob Allenbaugh,  manufacturing engineer, Piper Aircraft. “The FDM machine can be much faster than a CNC machine and does not require  an operator in attendance.”    Another AM advantage: “Material waste with FDM is much less than CNC machining because the FDM support material is  typically less than 20 percent of the total,” said Allenbaugh.    Piper’s next phase of plastic AM forming tools will focus on building a more efficient aircraft by moving to more complex  and organically shaped parts. These parts will be made practical by AM.    Jigs, Fixtures & Surrogates    “There  are  also  big  benefits  from  the  more  mundane  AM  applications,  such  as  fixture  making  and  surrogate  parts,”  said  Jeff  DeGrange,  vice  president  of  direct  digital  manufacturing  for  Stratasys  and  formerly  of  Boeing.  For  each  vehicle,  companies  may  have  hundreds  of  fixtures,  guides, templates and gauges printed with AM — typically with 60 to 90  percent reductions in cost and lead time.        Fig.6.CH‐53E Super Stallion ‐ candidate for surrogate parts. Photo by Lance Cpl Steve Acuff.    

                           The  value  in  surrogates  –  which  are  placeholders  for  the  production  assemblies  —  is  a  full‐featured  replacement  that                                     is  a  substitute  for  high‐value  parts.  Surrogates  are  used  on  the  production  floor  and  in  the  training  room.  For  example,  both NASA and Sheppard Air Force Base use AM surrogates for technician and operator training. 


The final frontier is production — making finished goods with AM.   “We’re now seeing early acceptance in the commercial aviation industry,                                                                                                  which has some of the toughest performance standards,” said DeGrange.  “Examples include air grates, panel covers and other interior parts.                                                                                                          Behind an aircraft’s skins there are HVAC ducts, power distribution panes,                                                                                                         and lots of mounting and attachment hardware, all being manufactured                                                                                                            with AM,” said DeGrange, who noted that these parts are both for new                                                                                                          and in‐service aircraft.   Fig.7.Surrogate landing gear for commercial jet.

Commercial/ Military    DeGrange highlighted business jets where, “Companies build 500 jets for 50 customers, each with different specs. AM gives  them economies of scale and the flexibility to meet the needs of a wide product mix.”    Taylor‐Deal  Automation  is  one  such  company.  It  uses  AM  for  prototyping  through  production  for  its  engineering  and  modification of specialty fluid and air handling parts. “With AM we have design flexibility, cost reductions, weight savings  and improved lead times,” said Brian Taylor, president, “all with low‐quantity production.”    Taylor’s  material  of  choice  is  ULTEM®  9085,  which  meets  FAA  flame  regulations.  Having  a  flight‐grade  material,  “gives  designers  much  more  flexibility  when  designing  parts.  It  allows  us  to  reduce  engineering  time  and  manufacture  a  less  expensive part.” 


White Paper: Additive Manufacturing Trends in Aerospace: Leading the way                                                        

The design  and  manufacturing  flexibility  results  in  more  efficient  aircraft.  The  AM  parts  contain  less  material,  so  their  weight is approximately one‐third (or less) of that of the metal parts they replace.    Kelly Manufacturing Co. (KMC) makes the R.C. Allen line of aircraft   instrumentation and is the world’s largest manufacturer of general   aviation instruments. Its example of production AM applications is a   toroid housing in a turn‐and‐bank indicator.    Previously, parts were made from urethane molded in soft (rubber)   tooling. This was the process of choice for low‐volume production   because it is much cheaper and faster than a composite layup. But   AM has replaced rubber molding since it further reduces cost and time.            Fig.8. This instrument contains a toroid housing,                          produced via additive manufacturing.  The toroid housing, cast in a rubber mold, would have taken three to   four weeks for a 500‐piece order. Now, KMC produces 500 toroid   housings in one overnight run of its FDM system. Justin Kelley, KMC   president, said, “From order to delivery, it Takes only three days to  have certified production parts.”    Unmanned Aerial Systems (UAS) 

“UAS production is a rapidly growing segment for AM because of the   complex systems, rapid design iterations, low‐volume, structural  complexity and no passenger safety regulations to hinder deployment,”          said DeGrange.                                                                                                             Fig.9.500 toroid housings are produced overnight with an FDM‐based Fortus machine.   

Aurora Flight Sciences, which develops and manufactures advanced unmanned systems and aerospace vehicles, fabricated  and flew a 62‐inch wingspan aircraft — the wing composed entirely of AM components.    This  manufacturing  approach  reduces  the  design  constraints  engineers’  face  when  using  traditional  fabrication  techniques.  The  design  of  the  wing’s  structure  was  optimized  to  reduce  weight while maintaining strength. “The success of this wing has  shown that 3D printing can be used to rapidly fabricate the  structure  of  a  small  airplane,”  said  Dan  Campbell,  structures  research  engineer  at  Aurora.  “If  a  wing  replacement  is  necessary,  we  simply  click  print,  and  within  a  couple  days  we  have a new wing ready to fly.”    Fig.10.Aurora smart wing: 3D‐printed structure with printed electronics. 

Aurora also sheds light on an emerging application: ‘smart parts’, which are hybrid parts that include 3D‐printed structures  and printed electronics. Aurora worked with Stratasys and Optomec to combine FDM and Aerosol Jet electronics printing  to fabricate wings with integrated electronics.    

“Bringing together 3D printing and printed electronic circuitry will be a game changer for design and manufacturing,” says  DeGrange.  “It  has  the  potential  to  completely  streamline  production  by  requiring  fewer  materials  and  steps  to  bring  a  product to market.”    “The  ability  to  fabricate  functional  electronics  into  complexly  shaped  structures  using  additive  manufacturing  can  allow  UAVs [unmanned aerial vehicles] to be built more quickly, with more customization, potentially closer to the field where  they’re needed. All these benefits can lead to efficient, cost‐effective field vehicles,” said Campbell.   


White Paper: Additive Manufacturing Trends in Aerospace: Leading the way                                                        

Smart parts enhance performance and functionality in two ways. 3D printers enable lighter weight mechanical structures.  Conformal electronics printed directly onto the structure frees up space for additional payload.  Leptron produces remotely piloted helicopters. For its RDASS 4 project,  AM allowed Leptron to make 200 design changes — each component   had at least four modifications — without incurring a penalty in time or  cost.    When the design was ready to take off, Leptron had flight‐ready parts   in less than 48 hours, all thanks to AM. And for this project, there were  multiple designs for specific applications, such as eight variations for the  nesting integrated fuselage components. If it had used injection molding,  as it had in the past, tooling expense would have exceeded $250,000 and  production parts would have arrived six months later.                                                          Fig.11.Leptron’s RDASS 4 UAS.   

This mid‐sized  company  embodies  the  aerospace  trend:  No  machine  shop;  instead,  an  additive  manufacturing  machine  that is used for prototyping through production.    In aerospace, AM has become a tool for designing, testing, tooling and   production that extends beyond the aircraft that this industry   manufactures. Companies also rely on these AM applications for their  ground support systems and repair depots. Yet, according to DeGrange,  “We haven’t begun to flood into all the areas in which we can use AM.   That makes it exciting.     “The technology is very versatile,” he says. “One week it’s used for  engineering prototypes, the next to make tools for manufacturing   processes and the next to produce finished goods. The versatility is  tremendous.”                                                                                                                               Fig.12.Ground support systems use AM.   

That versatility extends beyond aerospace applications to encompass a diversity of industries in which AM has, and will be,  applied. Versatility, in one word, is also the aerospace trend to watch, follow and implement.                                                                                                                                                        





Case Study: Modelling Luxury‐ Stratasys                                                       

From tires to interiors, Bentley designs with 3D printing   

“Stratasys’ rapid  prototyping  systems  have  allowed  us  to  develop  things  in  a  totally  new  way.  With  this  technology,  we  can  simulate  exactly  how  the  car  will  look.”  — Kevin Baker, Bentley Motors    Fig.1 .Bentley designers hone nearly every detail of the car, inside and                 out, with the help of a 3D printer.                                                                                                                        

  When your very name conjures up visions of luxury, quality and                                     detail,  your  design  studio  has  to  employ  the  very  best  minds  working  with  the  very  best  technology.  Founded  from  modest  beginnings in England in 1919, Bentley Motors Ltd. is dedicated  to making responsive and powerful Grand Tourer automobiles   with  the  stamina  to  cross  continents  at  speed,  in  refined  comfort and style.       Fig.2. Designers can use Objet 3D Printers to produce virtually any                                                                     detail on the car’s exterior or interior to scale 

    Long before mission statements became popular, the company’s creator, W.O. Bentley, said the company’s objective was  “to build a fast car, a good car, the best in its class.” Maintaining this tradition for automotive excellence and prestige is a   fundamental  focus  for  Bentley  as  it  combines  innovative  technologies  with  traditional  craftsmanship  at  every  stage  of               development and production.                                                                          Little surprise then, that Bentley should equip its design studio  with Objet30 Pro desktop and Objet500 Connex multi‐material  3D printers.    Using patented PolyJet technology, Stratasys 3D Printers enable  the design studio team to easily and quickly produce small‐scale  models,as  well  as  full‐size  parts,  for  assessment  and  testing  prior to production on the assembly line. Virtually every part is  prototyped in miniature, right down to the crystal decanter.    “The  accuracy  of  the  Objet30  3D  Printer  enables  us  to  take  a  full‐size  part  and  scale  it  down  to  produce  a  one‐tenth  scale  model,”  explains  David  Hayward,  operations  and  projects  manager at the Bentley Design Studio. “Once we have approval  The Objet500 Connex 3D Printer can build a rubber tire                  at this scale, we can move onto our larger Objet500 Connex 3D                      and rigid wheel rim in one piece.                                    Printer to produce one‐third scale models, full‐sized parts as well  as  parts  that  combine  different  material  properties  without  assembly.”                                                                               



Case study: Modelling Luxury‐ Stratasys                                                       

Multi‐Material Capability    The Objet500 Connex 3D Printer also empowers the design studio team to combine a variety of material properties within  the same printing process. From wheel rims and tires, to full‐size tail pipe trims, multi‐material 3D printing enables Bentley  engineers  to  produce  models  across  several  engineering  functions  with  a  diverse  range  of  material  properties.  A  single  prototype can combine rigid and rubber‐like, clear and opaque materials with  no assembly required, enabling you to 3D  print, for example, a rubber tire on a wheel rim.    In fact, according to Hayward, every conceivable object used on either a car’s interior or exterior can be created using this  technology. “We can reproduce grills, mouldings, headlamps, door mirrors — basically every part that we see on the car —  a design‐intent production model,” he explains.     PolyJet’s  rubber‐like  material  enables  Bentley  to  simulate  rubber  with  different  levels  of  hardness,  elongation  and  tear  resistance.  “We  can  also  produce  rubber  components  with  a  variety  of  different  tensile  strengths,”  continues  Hayward.  “We’ve even developed designs for actual glassware and the decanter using the clear material.”    Kevin Baker, design model manager at the Bentley Design Studio, is equally impressed with the way the team’s 3D printing  solutions  have  revolutionized  the  design  processes.  “Stratasys’  rapid  prototyping  systems  have  allowed  us  to  develop  things in a totally new way. With this technology, we can simulate exactly how the car will look,” he says.                                  



Medical Case Study: Saving Cyrano‐ How Additive Manufacturing Helped Create a                          one‐of‐a kind knee joint for a cat ‐ EOS 

Cyrano escaped a leg amputation thanks to laser sintered prosthesis        For quite some time, Mr. Cyrano L. Catte II, an orange‐and‐white cat, had  the perfect life. He had a nice home in Upperville, Va., U.S.A., more than  adequate food, and owners who loved him very much. Then, at the age of   nine, he got bone cancer in his left hind leg. Cyrano’s owners spared no  expense or effort. They took him to the University of Colorado, where he  made  instant  veterinary  history  by  being  the  first  cat  to  receive  stereotactic radiation (focused beams aimed at the tumor) therapy. Two  sets  of  radiation  cured  his  cancer  –  full  remission  –  but  one  of  the  side  effects was bone deterioration of his distal femur and some on the upper  end of the tibia as well. The normal procedure for such a condition would  be to amputate the leg. In Cyrano’s case, that was not recommended:  he  weighed 26 pounds, and movement on three legs would be difficult.           Cyrano the cat (above) is the first feline in the U.S                                                                                                                                                                             to receive a Total Knee Arthroplasty (TKA ). Femoral and tibial components were                                                                                                       created with a Direct Metal Laser Sintering (DMLS) system from EOS (Source: NC State University).             

Challenge  One potential alternative would be a complete replacement of the cat’s knee (stifle) with an artificial one – a first in the  U.S. for felines. Cyrano’s intrepid owners took him to the veterinary facility at North Carolina State University in Raleigh to  met with Dr. Denis Marcellin‐Little, a veterinary surgeon and a professor of orthopedic, and Professor Ola Harrysson of the  Industrial and Systems Engi‐ neering (ISE) department. Right away they recognized the challenges: The implants have to be  very  small  and  because  of  the  poor  quality  of  the  joint’s  bone  structure  stems  were  needed  to  anchor  the  implant  components with the bones.  Just as quick, they decided using Direct Metal Laser Sintering (DMLS) from EOS to make the two main components of the  artificial knee. The addition of the stems and the incorporation of features to match up with custom drilling and cutting  guides gave the metal components shapes that were not readily manufacturable by traditional molding or subtractive  cutting Process.    There was also the issue of the varied surface textures of the final device. “From an orthopedic standpoint, we wanted to  include different types of surfaces,” Marcellin‐Little says. The two stems that extended inside the hollowed‐out femur and  tibia were slightly textured to promote bone ingrowth. Further up on the femoral and tibial components was an area of  porous  mesh  to  facilitate  strong  osseointegration.  While  the  stems  provided  short‐term  stability  for  the  implant,  the  textured  and  meshed  surfaces  would  promote  long‐term  stability.  Finally,  the  bearing  surface  at  the  end  of  each  cobalt  chrome  piece  had  to  be  extremely  polished  to  enable  smooth  motion  against  the  polyethylene  tibial  mobile  bearing  surface, which would rotate during leg movement.  Solution 

Design  started  with  3D  data  from  CT  scans  of  Cyrano’s  good  and  bad  hind  legs.  3D  design  models  of  the  implant  components were made using MIMICS software from Materialise. “We started from one of BioMedtrix’s knee implants for  dogs  and  miniaturized  it,”  Marcellin‐Little  says.  “We  added  the  stems,  the  bolts  that  hold  the  stems  in  place,  and  other  features unique to this design.” The result was very sophisticated compared to other feline implants currently in use. “We  incorporated features from human devices,” Harrysson says. “The trick was in making them small enough for a cat – think   of a finger joint prosthesis, which would be about the right size.    The metal component models were manufactured at EOS’ global headquarter in Krailling, Germany, sent to BioMedtrix for  finishing and then the DMLS parts were ready for handing off to the surgical team.   


Medical Case Study: Saving Cyrano‐ How Additive Manufacturing Helped Create a                  one of‐a‐kind knee joint for a cat ‐ EOS 

Results DMLS can work with a number of different metals. Titanium is great for bone ingrowth but it is much softer than cobalt  chromium.  “The  loads  on  a  titanium  femoral  head  would  wear  the  metal  down  eventually.  Because  the  implant  components would already be thin in some places, they might be subject to breaking or cracking if they eroded still further.  Cobalt chromium was our best choice,” Marcellin‐Little points out.  All these textures were possible, and fairly easy to create, by using Additive Manufacturing. “The EOS technology not only  gives  us  design  freedom  for  orthopedic  implants,”  Harrysson  says.  “It  also  offers  the  means  to  build  osseointegrated  surfaces directly into the part.” Traditionally manufactured implants often have surfaces added in post‐processing, such as  multiple  layers  of  beads  sintered  on  manually.  Plasma  spraying  and  other  surfacing  techniques  are  not  as  accurate  as  DMLS, which allows designers to specify the pore size, density, and the layout of the porous section.    Key to the project was assembling a multi‐talented design and manu‐ facturing team, which consisted of 16 experts and  spanned  five  states  and  two  continents.  “This  kind  of  implant  had  never  been  made  before,  and  this  surgery  never  attempted,” Marcellin‐Little says. 

The surgery, which took six hours, went smoothly. “As we suspected, Cyrano’s distal femur had very poor bone quality,”  Marcellin‐ Little notes. “Without the stems that we had designed in, the femoral component would not have been stable at  all, even if we had used polymethylmethacrylate bone cement.”    Afterwards Cyrano began the long road of rehabilitation and therapy that would lead to his recovery. He did well. Besides  his observable limp, he is able to use the leg and joint. “Cyrano was a perfect patient, very cool and very calm,” Marcellin‐ Little says. “He is much more comfortable than he had been since the cancer developed, and he’s pleased, and his owners  are pleased"    “The main change this techno‐ logy has brought is that the                                                                                                             manufacturing process is no longer a barrier to the imagination                                                                                                                          of an orthopaedic clinician who needs to create something very                                                                                                                          specific.”  Dr. Denis Marcellin‐Little, Veterinary Surgeon and Professor of                                                                                                                  Orthopaedic Surgery in the College of Veterinary Medicine at NC State 

“What  we  learned  from  the  Cyrano  project  is  transferable  to  other  animals  and  even  to  human  medicine.  Now  that  we  know  how  to  miniaturize  a  joint  this  sophisticated  there  are  a  number  of  potential  applications,  in  hands  or  jaws,  for  example.”‐ Ola Harrysson, Professor of the Industrial and Systems Engineering (ISE) department at NC State                                 


Lotus F1 team and 3D systems move together towards race‐ready mass production                             of parts 

                Formula  1  is  a  sport  revolving  around  engineering  innovation  where  teams  work  relentlessly  to  reach  and  maintain  a  competitive  advantage.  The  research  and  development  machine  never  stops  and  at  Lotus  F1  Team  the  contributions  of  Technical Partners plays a crucial role in helping a lean and efficient organization reach its targets.   

  “Race after race, new components made of complex composites   and aerospace alloys see the light after surviving a harsh selection   in the R/D and simulation labs,” ‐ Technical Director Nick Chester   explains.                                                                                                                                           IMG.1 (SLA prototype of 1999 gearbox hydraulic manifold) 

“At the end of a racing season, we expect our race car to be in excess of a second per lap quicker than when we started  and  Technical  Partners  have  to  survive  the  same  ruthless  selection.  We  are  not  interested  in  relationships  that  are  not  capable of bringing value to this quest for performance.”    The history of Rapid Manufacturing in Enstone began in 1998, when the first 3D Systems SLA® 5000 was deployed to do  what  it  said  on  the  tin:  rapid  prototyping.  This  is  a  useful  discipline  in  a  sport  where  aerodynamic  surfacing  constrains  internal race‐car components under a tightly packaged set of curvy panels. If function/fit tests were the main application  for this new machine, the potential of the technology could not pass unobserved as aerodynamicists of the then Benetton  Formula One team saw the complexity of the components coming out of the SLA® 5000.    Dirk de Beer, Lotus F1 Team Head of Aerodynamics, explains: “Once the team got their 3D Systems machine, they began  using  it  to  develop  component  prototypes  with  a  size‐fit  function.  The  use  of  solid  imaging  technology  then  gradually  expanded from rapid prototyping to wind tunnel model manufacturing, allowing our Aero Department to grow from 11 to  80 employees. In Wind Tunnel testing, aerodynamics is an empirical  science. We design and compare new ideas and choose directions to  follow. The more ideas we can compare and evaluate, the more   successful we will be on the track.” Dirk continues: “The car model in  the wind tunnel features a complex network of pressure sensors. The  sensors were positioned by drilling pressure tappings into metal and  carbon fiber components before SLA technologies became available.   The ability to produce complex solids with intricate internal channels  has revolutionized our ability to place these sensors and increase   their numbers. It’s a dream come true for aerodynamicists!”                                                                                                                                                             IMG.2 (Wind Tunnel model SLA Air‐box) 

Lotus now has nine of these centers and houses five SLA® iPro 8000 Systems, one SLA® 7000, one Sinterstation® Pro 140  SLS® System and two Sinterstation® HiQ™ SLS® Systems, which today allow direct manufacture of production parts for our  race cars.    


Lotus F1 team and 3D systems move together towards race‐ready mass production                              of parts 

Thomas Mayer, COO at Lotus F1 Team, is in no doubt of the added efficiency these technologies have brought to the team:  “The first SLA® System parts were installed in a racecar in 2001 and following their success, we have continued to explore  the  boundaries  of  these  materials.  Since  the  launch  of  our  Advanced  Digital  Manufacturing  (ADM)  Centre  in  2002,  3D  Systems’  technologies have  become an effective new manufacturing process that  enabled us to reduce  both cycle times  and  cost,  and  has  added  invaluable  benefit  to  the  team.  On  one  hand,  we  enjoy  the  ability  to  manufacture  multiple  iterations of the same part for Wind Tunnel testing while on the other we see the number of sintered components in the  actual car grow every year.”    In practical terms, Lotus F1 Team can not only test more than 600 components per week in the Wind Tunnel, but also build  some race‐car parts directly from digital data using CAD and SLS® technology.   Designers electronically flag a design as complete and send it, along with the material selection, to the ADM Department.  Using  SLS,  complex  car  components  are  produced  in  hours  rather  than  weeks,  and  in  some  cases  the  part  is  ready  for  inspection before the drawing has even passed through the system.    In practical terms, Lotus F1 Team can not only test more than 600 components per week in the Wind Tunnel, but also build  some  race‐car  parts  directly  from  digital  data  using  CAD  and  SLS®  technology.  Designers  electronically  flag  a  design  as  complete and send it, along with the material selection, to the ADM Department. Using SLS, complex car components are  produced  in  hours  rather  than  weeks,  and  in  some  cases  the  part  is  ready  for  inspection  before  the  drawing  has  even  passed through the system.    Lotus F1 Team also produces gearbox and suspension components via accurate casting patterns, and can be more creative  with their part design now that restrictions on permissible complexities have been removed. The SLA® process follows the  exact  blueprint  of  their  CAD  designs,  and  because  the  process  is  so  accurate,  time  is  saved  on  proof  machining  for  the  finished casting.    To reduce cycle time and cost, the Lotus F1 Team’s ultimate goal is to use  Advanced Digital Manufacturing as a fully industrialized technology to  deliver race‐ready car parts in volume. Lotus is especially looking forward  to 3D Systems’ development of materials that can withstand the punishing  environment presented by an F1 car. The intense temperatures (the average  temperature of a Formula One car is 250°C) and vibrations present a high  hurdle but, like F1, 3D Systems’ technologies are ever‐evolving.      

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        IMG. 3 Gearbox casting pattern 



Case study: The 3D Printed Pen is Mightier than the Sword                                                       

The 3D Printed Pen is Mightier than the Sword:  Additive Manufacturing (aka 3D Printing) is said to be unleashing a third  industrial  revolution,  due  in  part  to  the  entrepreneurs  who  are  bringing  exciting new products onto the market aided by this technology. These are  unique  products  that  aim  at  niche  audiences  worldwide  who  are  inadequately  served  by  mass  production.  One  of  these  entrepreneurs  is  Rein  van  der  Mast  (SOLide),  an  Industrial  Design  Engineer  from  the  Netherlands.  Van  der  Mast  has  been  working  with  Additive  Manufacturing (AM) since its early days and, thanks   to recent advances  in materials and technologies, he felt it was time to bring something new  onto the market.  As van der Mast explains, “I found a product that matched perfectly: an item that is luxurious, certainly when personalised,  and valuable. A product that truly combines art and technology: the fountain pen.” When it came time to make his plan a  reality, van der Mast knew that he could count on Materialise to help him get the job done 

A High‐Value, Customized Product for the Individual Customer   Supported  by  Materialise,  LayerWise,  CNC  Consult,  and  Innplate,  van  der  Mast  has  successfully  produced  an  exotically  sculpted pen in  a way that allows every single product to be one of a kind. As he explains, “Manufacturers of consumer  products  can  finally  start  listening  to  individual  clients.  When  manufacturers  digitally  link  all  their  machines  and  stocks,  they can have every single product configured separately. It can be rather appealing to have the individual customer decide  on the final shape of a part instead of opting for a general design. AM allows this to happen.” Van der Mast’s pen concept  is one in which the essential parts differ only slightly. Small series and even single pieces would be made based on themes  requested by clients. Small series would include several differing elements, such as the user’s monogram or initials, in 3D –  which is much more pronounced than with an engraving. In order to test his concept, he set out to make a pen based on a  theme close to his own heart: the Cavalry and its patron saint, St. George. As such, the pen depicts the legend of St. George  and the Dragon in which St. George slays a dragon in order to rescue a young princess.  From Concept to Reality with the Right Software… and AM  After sculpting the pen in 3DS Max, assisted by Evgeny with impossibly large low level files to deal with in Rhino. Bazurov,  an animator from Moscow, van der Mast was left Van der Mast used Materialise’s Magics software to reduce  the number  of  triangles  of  those  files  and  to  manually  body  was  then  successfully  printed  in  titanium.  The  cap  handles  some  minor  improvements. The resulting pen’s on the other hand, was printed in both plastic (in SL) and titanium. As you can see in the  image  below,  the  walls  are  not  only  quite  thin,  but  there  are  also  four  integrated,  titanium  springs  on  the  inside  which  allow for a perfect fit and ‘click’ when placed on the pen.           


Case study: The 3D Printed Pen is Mightier than the Sword                                                       

  Grey: titanium (except for the nib) Yellow: photopolymer (stereolithography) 

    In  order  to  produce  a  case  fitting  of  his  pen,  van  der  Mast  continued  with                                     his  cavalry  theme,  for  instance,  creating  a  manifold  hinge  of  16  parallel                                     sword  blades.  He  combined  the  box,  the  hinge  and  the  cover  into  a  single                                     3D  print.  Printed  separately  were  the  little  rubbers  under  the  case  as  well                                     as  the  frame  on  top  of  the  pen  and  the  depiction  of  St.  George,  both  of                                     which  were  successfully  silver  plated.  “The  most  thrilling  aspect  related  to                                     the  case,”  he  continues,  “was  however,  not  the  manifold  hinge,  but  its                                     surface  finish.  I  did  not  want  to  spend  a  lot  of  time  on  finishing,  so  I  needed                                     a  texture  to  mask  all laser  sintering related  roughness.  In  cavalry,  there  is                                     only one appropriate texture: shagreen, which mimics the skin of the stingray.   Stingray skin was popular on the grip of swords as it provided the owner with grip during a fight, even with blood all over  the  sword.”  He  ran  various  tests  with  Materialise,  using  the  3D  texturing  feature  in 3‐matic in  addition  to  tests  on  the  printed result, and found a new way to achieve the finish he desired. For the rubber‐like inside of the case, van derMast  turned to rapid tooling, creating a mold using stereolithography at Materialise. 

Tried, Tested, and Ready for Market  Pjotr  pens start  at  7,000.00  Euros,  depending  on  the  complexity  of  the  design  and  additional  materials  applied  ‐  like  precious stones. Van der Mast: “With this concept, the customer decides what his or her design should look like. Or better  even, the customer can tell me exactly what they wish. With their preferences, l can demonstrate how the theme can best  be depicted, also considering the budget, and if they agree, it can be materialised.”                                                 


Case study: Innovative methods for testing aortic aneurysm devices


Innovative methods for testing aortic aneurysm devices:   Case presented by Srinivasan Varahoor, PhD, Medtronic Endovascular, USA      Using  patient‐specific  data  to  create  bench‐top  models  is  important  for  accurate  and  realistic  testing.  “The  Mimics  Innovation  Suite  helped  us  to  transform  patient‐specific  data  into  physical  test  models.  Our  stent  designs  were  tested  within the physical models to define and quantify device performance,” Srinivasan Varahoor, PhD, Principal R&D Engineer,  Medtronic  Endovascular.  The  ability  to  utilize  geometric  parameters  to  quantify  anatomy,  and  show  a  method  for  developing  a  set  of  regularized,  patient‐based  models  using  three‐dimensional  imaging  and  CAD  tools  has  been  a  breakthrough for Medtronic Endovascular.       Medtronic: advancing treatment and improving lives  Medtronic  is  the  global  leader  in  medical  technology.  The  Endovascular  division                                     designs  and  manufactures  devices  that  treat  cardiovascular  disease  such  as                                     Thoracic  Aortic  Aneurysms.  Medtronic  Endovascular  commits  unwaveringly  to                                     improving  lives  with  patient  outreach,  educational  programs  that  raise  awareness                                     of  cardiovascular  disease,  and  the  continuing  pursuit  of  new  treatment  options.                                     Medtronic  Endovascular  is  proud  to  have  helped  physicians  treat  over  200,000  patients worldwide. Stent graft device used to treat Thoracic Aortic Aneurysms 

New Ways To Design Stent Test Models    When testing grafts used to treat Thoracic Aortic Aneurysms, Medtronic’s  goal  is  to  develop  models  that  help  to  accurately  mimic  in‐vivo  device  performance. Due to the critical role these grafts play in a patient’s well‐ being,  a  new  method  of  designing  test  models  was  developed.  By  incorporating  statistical  analysis  with  the  development  of                                     bench‐top test models, Medtronic is able to ensure that their devices will  perform under challenging conditions.    3D model reconstruction from CT images in Mimics                                                                                                                   

Using the Mimics Innovation Suite, Medtronic developed a method of obtaining geometric parameters from actual patient  data to define the in‐vivo use conditions. Patient CT data from the field was collected and delivered to the research and  development  team.  Using  Materialise’s  Mimics  software,  the  team  segmented  the  3D  aortic  model  from                                     the  datasets.  A  centerline  was  automatically  calculated  in  Mimics  to  fit  the  aortic  model.  To  describe  challenge‐use  conditions, the centerline  was morphed to fit the 95th percentile value for each geometric parameter. Using this hybrid  method of combining actual patient data and statistically assessed geometric parameters, the vascular models are able to  be adapted to fit any requirements for testing purposes.    After forming the hybrid centerline, Materialise’s 3‐matic software was used to design a thin  walled patient‐based aortic model. Supports and standard test‐fittings were also designed  into the device before using additive manufacturing technology to print a physical bench‐top  test model.          Aortic model generated from centerline and geometric parameters    


Case study: Innovative methods for testing aortic aneurysm devices


The model  was  then  fitted  into  the  bench‐top  test  apparatus  with  cycling  fluid  to  evaluate  and  quantify  several  performance metrics of the stent graft and its delivery system.                                                                                                                                                                                                                                          Medtronic’s method for designing a patient‐based bench‐top test apparatus can be simplified to five steps:    • Measure geometric parameters  • Calculate centerline  • Adapt centerline to fit statistical models  • Design test apparatus  • Print model with additive manufacturing   

Promising results achieved with the Mimics Innovation Suite    The  use  of  the  Mimics  Innovation  Suite  to  develop  this  method  to  quantify  anatomical                                     geometry and generate a set of standard patient‐based models has created an unsurpassed                                     standard  for  bench‐top  testing  at  Medtronic.  “Mimics  allows  us  to  quantify  edge  of  failure                                     conditions and 3‐matic can incorporate those performance limits into next generation device                                     development  test  models,”  Srinivasan  Varahoor.  These  models  can  help  systematically  pin‐ point conditions for possible device failure during testing, and thereby, result in more robust  designs. This approach is applicable to the testing and development for any vascular device  system in the future.                                                                                                                                                                 Patient-based aortic model

                        Final bench‐top design ready for manufacturing                                   Digital representation of the manufactured test apparatus 

Why choose the Mimics Innovation Suite:    – Extremely accurate 3D models can be generated and segmented  – Critical steps that were once difficult or impossible are achieved in just minutes  – Models can be hollowed effortlessly  – Designing directly on an STL file is easy and avoids the need to return to traditional CAD  – Organic shapes of the body can be more accurately represented and manipulated  – Scan data can be exported in a format required for additive manufacturing 


Case study: Turbine Wheel                                                        

Turbine Wheel:  A new turbine wheel with 3D printing                                                                                                                                                                                                                                                                        A defective turbine wheel meant that a small hospital in Ethiopia was no  longer able to warrant the  supply of its electricity. The purchase of  new  wheel did not appear feasible due to the cost. However, the problem was  solved quickly and without bureaucracy due to the social commitment of  several  technology  companies  and  the  use  of  innovative  production  methods. The  project  for  the  production  of  a  new  wheel  was  led  by  Swiss‐based  Turbal  AG,  a  medium‐sized  family‐owned  company  with  50  years  of  experience  in  turbine and equipment construction. Other  participants in  the  direct‐help  project  included  voxeljet  technology  and  steel  foundry  Wolfensberger.                                                                                                                                                                                                                        The  problem: The  conventional  production  of  wheels  is  an  extremely  cumbersome  and  expensive  process  because  it  requires the manual production of several sand core segments and complicated undercuts. voxeljet's innovative 3D print  technology offers an elegant, rapid and cost‐effective solution for this problem.    Voxeljet produced the Francis wheel for the flow‐carrying interior area that was required for Ethiopia with a monoblock  sand  core.  In  this  context,  one  single  sand  core,  which  is  created  on  a  fully  automated  basis  using  3D  printing,  replaces  many manually product core segments that are strung together. 3D print technology offers enormous production‐related  advantages  that  affect quality,  production  targets  and  profitability  equally.  In  this  case,  the  3D  print  resulted  in  higher  component accuracy, fewer cleaning requirements and an excellent surface quality and contour precision.   



Case study: Turbine Wheel                                                        





Total size (mm) 

426,3 x 426,3 x 227,4 

Total size (mm) 

360 x 360 x 230 

Weight (kg) 


Weight (kg) 


Individual pieces 






Lead time (weeks) 


Layer thickness (mm) 




Lead time (days) 




Build time (hours) 




Press Release: Stratasys Introduces Tough Unfilled Nylon for Additive Manufacturing

Stratasys Introduces Tough Unfilled Nylon for Additive Manufacturing:     MINNEAPOLIS  &  REHOVOT,  Israel‐‐(BUSINESS  WIRE)  ‐‐  Stratasys  Ltd.,  a  manufacturer  of  3D  printers  and  materials  for  personal use, prototyping and production, today introduced FDM Nylon 12, the first nylon material specifically engineered  for the company's line of Fortus 3D Production Systems.    Stratasys believes that with FDM Nylon 12, its Fused Deposition  Modeling  (FDM)  technology  creates  tougher,  more  flexible  unfilled  nylon  parts  than  other  additive  manufacturing  technologies can.  FDM  Nylon  12  offers  up  to  five  times  greater  resistance  to  breaking  and  better  impact  strength  compared  to  even  the  strongest  FDM  materials.  The  new  material's  elongation‐at‐ break specification surpasses that of other 3D printed nylon 12  material  by  up  to  100  percent  based  on  published  specifications.  This  can  create  new  opportunities  for  manufacturers  in  aerospace,  automotive,  home  appliance  and  consumer  electronics  to  more  easily  create  durable  parts  that  can  stand  up  to  high  vibration,  repetitive  stress  or  fatigue.  Examples  include  end‐use  parts,  like  interior  panels,  covers,  environmental  control  ducting  and  vibration‐resistant  components, as well as tools, manufacturing aids, and jigs and  fixtures used in the manufacturing process.    "Nylon  is  one  of  the  most  widely  used  materials  in  today's  plastic products, and among FDM users  it has been one of the  top requested materials," said Fred Fischer, Stratasys materials  product  director.  "It  is  also  the  first  semi‐crystalline  material  and  the  toughest  material  Stratasys  has  ever  offered.  We  expect  it  to  be  used  for  applications  requiring  repetitive  snap  fits,  high  fatigue  endurance,  strong  chemical  resistance,  high  impact strength or press‐fit inserts. This material offers users a  clean,  simple  way  to  produce  nylon  parts  with  an  additive  process."                                              In addition to being tough, FDM Nylon 12 is chemical resistant,                                                                                                                                                         so it is expected to be used in automotive applications. (Photo: Business Wire) 

FDM Nylon 12 is available for the Fortus 360, 400 and 900 systems. FDM Nylon 12 is initially offered in black, and is paired  with SR110, a new soluble support material optimized for FDM Nylon 12. Support removal requires virtually no labor and is  conveniently washed away in the same cleaning agent as other FDM soluble supports.       


Press Release:                 Press Release: BLOODHOUND SSC turns to Renishaw for 3D printing expertise BLOODHOUND SSC turns to Renishaw for 3D printing expertise

Press Release: BLOODHOUND SSC turns to Renishaw for 3D printing expertise  Renishaw,  one  of  the  UK’s  leading  engineering  technologies  companies,  is  contributing  its  knowledge  in  additive  manufacturing to create key prototype parts for the BLOODHOUND Supersonic Car, which will attempt to break the 1,000  mph speed barrier during Summer 2015.  One of the most critical components is the nose tip for the car, which will be the very first part to break through any new  land speed record and is subject to forces as high as 12 tonnes per square metre. To cope with such loadings, a prototype  tip has been designed in titanium and will be bonded to BLOODHOUND’s carbon fibre monocoque body which forms the  front‐half of the car.  Renishaw is providing a manufacturing resource to the project team to produce the nose tip on its laser melting machines,  which  use  an  additive  manufacturing  process  to  fuse  together  very  thin  layers  of  fine  metallic  powders  to  form  highly  complex functional components. The prototype will be used by the BLOODHOUND team to evaluate possible manufacturing  processes and carry out further engineering analysis.  Dan Johns, lead engineer at BLOODHOUND SSC responsible for materials, process and technologies, says: “We believe that  the  key  benefit  of  using  an  additive  manufacturing  process  to  produce  the  nose  tip  is  the  ability  to  create  a  hollow,  but  highly  rigid  titanium  structure,  and  to  vary  the  wall  thickness  of  the  tip  to  minimise  weight.  To  machine  this  component  conventionally would be extremely challenging, result in design compromises, and waste as much as 95% of the expensive  raw material. ”               

On 4th July, the Rt Hon David Willetts MP, UK Minister for Universities and Science, formally opened the new BLOODHOUND  Technical Centre in Avonmouth, Bristol, where the iconic car is now being assembled. He also announced a £1 million grant  from the Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) to support the BLOODHOUND Project’s education and  outreach mission, which aims to inspire children about STEM subjects.  During  his  visit,  Mr  Willetts  was  presented  with  a  special  commemorative  plaque  containing  a  prototype  nose  tip  manufactured by Renishaw on one of its AM250 additive manufacturing machines.  Says Simon  Scott, Director  of  Renishaw’s  Additive  Manufacturing Products Division, “With 3D printing having such  a high  profile  within  the  media  and  political  circles,  it  is  fantastic  that  the  only  UK  manufacturer  of  a  metal‐based  additive  manufacturing  machine  is  able  to  contribute  to  this  iconic  British  project  which  aims  to  inspire  a  new  generation  of  engineers here and around the world.”        



Press Release: Custom bikes in batch sizes of one

Custom bikes in batch sizes of one:  Ideas 2cycles is an interesting initiative that aims to develop new bike concepts and quickly bring them to market. This idea  is driven not by commercial interest, but rather the energy of a young generation: "We want to develop the craziest bikes  and  immediately  implement  our  creations  with  the  help  of  state‐of‐the‐art  production  methods,"  says  Kim‐Niklas  Antin,  founder of the organisation and self‐confessed bike enthusiast. "We do not want to just discuss forever; we want to turn  our ideas into reality and build our own cool bikes." 

       Magnesium casted sleeves

Printed sleeves

  Customized bike by ideas 2cycles    Light sleeves for the bike frame 

There are two reasons why projects such as this one can be implemented: First, Antin is a graduate engineer who has the  required know‐how, and second, digital production methods now allow for the cost‐effective implementation of creative  ideas  into  practice.  In  this  context,  Antin  bases  the  concept  of  the  bike  frame  on  a  simple  but  ingenious  design,  and  combines the various frame tubes with exactly calculated sleeves. A magnesium alloy is used for the precision casting parts  to save on weight.  "We have tried a variety of methods for building bike frames according to customer specifications in single batch sizes. The  3D  printing  technology  turned  out  to  be  the  simplest  and  most  cost‐efficient  method,"  says  Antin.  The  clever  guy  from  Finland e‐mails the CAD data for the sleeves to the voxeljet service centre. Here, a 3D printer quickly prepares the plastic  models for subsequent precision casting in a fully automated process without the use of tools. The plastic moulds are as  precise and true‐to‐detail as prescribed by the requirements.   Kim‐Niklas Antin already envisions the bike production of tomorrow: "The customer will select his favourite frame from a  set  of  basic types,  which is then  customised  to his requirements  in CAD and  subsequently  printed using  the  3D printing  method – finished."        




24th issue am magazine jan  
Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you