3-D printen van metalen onderdelen

Ko Buijs van Innomet bv ( www.innomet.nl ) heeft op  5 maart 2014 een interessante lezing gehouden over de mogelijkheden met 3 D printen van metalen op Metal Valley voor de leden van Jong Management Techniek (KMU). 3 D printen met metalen (ferro en non ferro) is erg actueel en wordt gezien als de derde revolutie in de industrie.

De berichtgevingen over het 3D printen van metaaldelen stapelen zich de laatste tijd steeds verder op. Er gaat geen vakbeurs voorbij of men kan kennismaken met deze geavanceerde manier van produceren. Was men enige jaren geleden over dit thema nog als een roepende in de woestijn en nauwelijks serieus genomen, tegenwoordig is dat geheel anders omdat de moderne maatschappij daar blijkbaar gewoon aan toe is. De milieuproblematiek en het terugdringen van het grondstofgebruik geven een enorme ‘boost’ om deze technologie serieus te overwegen als volwaardig alternatief voor het gieten en smeden alsmede mechanisch bewerken.

Het 3D printen van metaaldelen heet officieel Select Laser Melting of Additive Manufacturing. Het principe berust op het feit dat men direct vanuit de CAD-ontwerpfase een product kan realiseren m.b.v. metaalpoeder dat laagsgewijze wordt ‘gestapeld’. Op die plaatsen waar zich materie dient te bevinden, wordt de laser computermatig geactiveerd waardoor het poeder aan elkaar versmelt. Bovendien wordt het nieuw aangebrachte metaalpoeder versmolten met het laagje metaal wat juist daarvoor is ontstaan. Op afbeelding 1 is dit schematisch weergegeven. Het metaalpoeder dat niet is versmolten, wordt teruggevoerd naar de voorraadcontainer. Dit kan opnieuw gebruikt worden omdat de kwaliteit niet is aangetast dankzij de inerte atmosfeer in de werkruimte.
Indien men de diverse kenmerken in ogenschouw neemt dan overheerst altijd het kostenaspect. Hoewel deze nieuwe techniek vrij kostbaar is, neemt de belangstelling toch toe omdat het steeds goedkoper wordt en de te maken producten steeds groter. Andere productiemethoden worden steeds duurder vanwege schaarste, energiekosten en milieuaspecten. Bovendien behoeft men geen kostbare gietmallen en/of smeedmatrijzen te vervaardigen waardoor vooral kleinere series interessant zijn om deze met SLM technieken te realiseren. Ook het op voorraad houden van reservedelen en componenten kan men laten vervallen omdat men relatief snel met deze techniek deze delen kan produceren. Dit zal een opmaat kunnen zijn naar het virtuele magazijn. Zelfs een gebroken onderdeel kan men scannen en opnieuw materialiseren met deze technologie omdat men een puntenwolk heeft gecreëerd tijdens het ruimtelijk scannen.
De mechanische waarden van dergelijke producten zijn bijzonder goed omdat dislocaties in het atoomrooster vastlopen dankzij de gelaagde structuur. Ook is men vrij in de keuze van de geometrie zowel in- als uitwendig en ook kan men honingraat structuren printen waardoor men een optimale verhouding krijgt tussen sterkte en gewicht. Men kan zelfs vormen creëren die met conventionele technieken niet te maken zijn bijvoorbeeld gespiraliseerde koelkanalen.

In dit beknopte artikel wordt verder niet ingegaan op allerlei details e.d. maar een bijzonder aspect wordt wel genoemd en dat is het realiseren van hybride producten. Dat zijn producten die uit verschillende metalen bestaan. De voorwaarde is wel dat de poeders thermisch aan elkaar te versmelten zijn. Op deze wijze kan men kostbaar metaal uitsparen indien men dat slechts aan een zijde nodig heeft. Een voorbeeld is een Hastelloy laag op een roestvast stalen deel.

Het opbouwen van SLM-delen op bestaande mechanisch bewerkte producten worden ook hybride producten genoemd. Dit is bijvoorbeeld het geval indien een component bestaat uit een relatief simpel draaideel en complex gedeelte. Op afbeelding 2 is hiervan een voorbeeld te zien van een inzetstuk waar het bovenste deel is gerealiseerd met SLM. De gaatjes die men ziet, maken deel uit van een spiraalvormige koelkanaal.

Het lijdt geen twijfel dat deze productiemethode zich steeds verder gaat ontwikkelen en dat ook qua grootte. Het spreekt dan ook voor zich dat er door diverse metaalverwerkende bedrijven geïnvesteerd gaat worden in deze technologie.

Foto's

     

Sitemap