Een 'multi-hardness'-concept voor multifunctionele geprinte werkstukken

Sirris kan via SLS werkstukken in TPU met zones van verschillende hardheid 3D-printen, door in te spelen op de interne structuur ervan of op de sinterparameters.

SLS (Selective Laser Sintering), een procedé voor additieve productie op basis van een poederbed, is een volle ontwikkeling en evolueert steeds meer naar de productie van eindonderdelen. Het verwerkt vooral polyamide, waaronder PA12, maar sinds 3-4 jaar breidt het aanbod van beschikbare materialen zich uit met andere thermoplasten.
Dankzij een SLS-machine die openstaat voor de controleparameters, kan Sirris via AM niet alleen polyamide, maar ook andere materialen zoals polyurethaan, polypropyleen en andere additieven toepassen.

Thermoplastisch polyurethaan (TPU) is een interessant materiaal omdat het elastisch is bij kamertemperatuur. Het biedt dus nieuwe ontwerpmogelijkheden (schoenzolen, flexibele koppelelementen, stootbeschermingen). De Shore-hardheid van TPU ligt tussen 70 en 90 ShA. Het materiaal is relatief eenvoudig te verwerken en de meeste dienstverleners bieden het aan hun klanten aan.

Toch kan men de functionaliteit van TPU-werkstukken verbeteren door in te zetten op het concept van multi-hardness. Eenzelfde werkstuk kan bijvoorbeeld zones met een verschillende hardheid hebben om verschillende functies te vervullen. Er zijn twee mogelijke benaderingen: inspelen op de energiedichtheid bij het sinteren van het poeder, of lattice-structuren rechtstreeks in de werkstukken integreren.

Bij de eerste benadering wordt ingespeeld op de laserparameters van het procedé: laservermogen, scansnelheid en arceringsafstand. Met deze aanpak kan men wel de hardheid laten variëren, maar over een relatief klein bereik, namelijk 70 tot 90 ShA. Bovendien dreigt een te geringe energiedichtheid de mechanische eigenschappen van het werkstuk te verminderen (delaminatie,…).
De tweede benadering speelt niet in op het procedé in se, maar op de basisgeometrie van het werkstuk. Door lattice- of rasterstructuren rechtstreeks in het onderdeel te integreren, kan men de schijnbare hardheid tot 40-50 ShA verlagen.

Door het sturen van de machineparameters én de integratie van lattice-structuren in de werkstukken, kan Sirris innoveren in het ontwerp van onderdelen door, onder meer, hardheidsgradiënten in te voeren.

Hierna, een voorbeeld van een bij Sirris gemaakt multifunctioneel 'multi-hardness' werkstuk. Het betreft een wiel voor een step, dat in één stuk werd vervaardigd met verschillende zones:

  • De naaf, met een hardheid van 90 ShA
  • De band, bestaande uit:
    • een intern deel in lattice-structuur
    • een loopvlak met een hardheid van 80 ShA


Deze werkzaamheden kaderen in het EFRO-project IAWATHA.