INSIDE Metal Additive Manufacturing

Vlaanderen is één van de koplopers in het gebied van Metal Additive 3D printing, maar om een grootschalige doorbraak te realiseren en de bedrijven naar een industrie van de toekomst in Vlaanderen (Industrie 4.0) te loodsen, moeten er nog een aantal barrières weggewerkt worden rond materiaal geschiktheid en beschikbaarheid, de ontoereikende en niet consistente materiaal- en producteigenschappen en de productiesnelheid.

Context

Vlaanderen is één van de koplopers in het gebied van Metal Additive 3D printing, maar om een grootschalige doorbraak te realiseren en de bedrijven naar een industrie van de toekomst in Vlaanderen (Industrie 4.0) te loodsen, moeten er nog een aantal barrières weggewerkt worden rond materiaal geschiktheid en beschikbaarheid, de ontoereikende en niet consistente materiaal- en producteigenschappen en de productiesnelheid.

De focus van het project lag op de materiaalkant van het additief printen met (hoogsterkte)-staal en inox. Poederbed (SLM), laser metal deposition (LMD) en Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) werden in het project behandeld. Doorheen het ganse project werd zowel voor de input materialen, het proces als de eigenschappen van de eindcomponent de link naar bestaande kennis en de vergelijking met de conventionele productietechnologieën gemaakt.

©Sirris

Doelstellingen

Bedrijven sneller en sucesvol de omslag laten maken naar de nieuwe productietechnologie door:

• bewustmaking van en informeren over de impact van de materiaalkeuze, procesparameters, (thermische) nabehandeling op de (micro-)structuur en de eigenschappen;
• richtlijnen te definiëren voor het produceren van 3D geprinte stukken uit ferro-legeringen met goede en consistente mechanische eigenschappen;
• richtlijnen inzake certificatie en kwaliteitscriteria voor grondstoffen, processen en eindproducten;
• evaluatie van performantie en kost van het 3D geprinte stuk t.o.v. conventionele produktie-technieken;
• opstellen van een flowchart voor de bedrijven om de (on)mogelijkheden van AM voor hun toepassing te identificeren en hen te oriënteren in hun keuze van materiaal, proces en nabehandeling voor de productie en gebruik van stukken met goede en consistente eigenschappen.

Doelgroep

Het project richtte zich tot een ruime doelgroep van bedrijven reeds actief of met potentiële toekomstige activiteiten langsheen de volledige waardeketen van het 3D-metaal printen met (hoogsterkte)-stalen en inox: (potentiële) producenten van componenten via 3D-printen, (potentiële) gebruikers, fabrikanten van printmachines, nabehandelaars (thermisch behandelen, oppervlakte behandeling), toeleveranciers van metalen (poeder, draad). Het aantal bedrijven binnen deze doelgroep in Vlaanderen wordt geschat op 240 bedrijven, waarvan de overgrote meerderheid (92%) KMO’s.

Resultaten

Het INSIDE Metal AM project heeft als één van zijn doelstellingen om praktisch bruikbare kennis over het printen van staal toegankelijk te maken voor het grote publiek.

Het gebruik van de projectresultaten zal bij de bedrijven leiden tot:

• een hoger concurrentievermogen door het aanleveren/gebruiken van producten met een hogere toevoegde waarde ('customised', kleine series, langere levensduur, korter levertermijn, gekwalificeerd) en een lagere productiekost dankzij consistentere eigenschappen en efficiënte materiaal inzet; 
• korte leercurves voor bedrijven die hun eerste stappen zetten; 
• verhoging van de omzet bij bedrijven die printen en goederen en diensten aanleveren.

Hieronder een overzicht van alle publicaties en presentaties over de resultaten behaald binnen het project. De inhoud is relevant zowel voor zij die hun eerste stappen zetten in de wereld van 3D printen, als voor zij die diepgaandere kennis rond Additive Manufacturing zoeken.

White paper

• INSIDE METAL AM – 3D Printing with Steel: In deze whitepaper wordt een overzicht gegeven van de ‘lessons learned’. Dit aan de hand van antwoorden die geformuleerd worden op een aantal specifieke vragen. De onderwerpen die behandeld worden zijn o.a. (1) selectie en kwaliteit van grondstoffen; (2) printen en warmtebehandeling van L-PBF staal, LMD staal en WAAM staal; (3) oppervlakte nabewerking en (4) demonstratie onderdelen.

Projectrapporten

• Aanbod en selectie van printmaterialen: Dit projectrapport bespreekt hoe een onderbouwde materiaalkeuze gemaakt kan worden. Daarnaast worden de belangrijkste karakteristieken van metaalpoeders toegelicht waarmee rekening gehouden moet worden bij het bestellen van poeder. De meest voorkomende staalsoorten voor 3D-printen worden besproken, aangevuld met een lijst van leveranciers. Finaal wordt kort aandacht besteed aan de kostprijs en de mogelijkheid om metaalpoeders op maat te laten maken. Het gebruik van lasdraad voor de WAAM-technologie wordt kort toegelicht.
• L-PBF en warmtebehandeling van 17-4PH staal: Dit projectrapport presenteert de resultaten van het L-PBF-printen van 17-4PH. Dit omvat alle stappen van procesoptimalisatie, over warmtebehandeling, tot het printen van demonstratie-onderdelen. De belangrijkste ‘lessons learned’ worden overzichtelijk samengevat.
• Selecteren van draad voor WAAM – Inzichten in kwaliteit (Aanvullende informatie, Engelstalig): Een overzicht wordt gegeven van beschikbare WAAM-draden, alsook overwegingen inzake kwaliteit. Dit document zal ten laatste op 2/04/2021 beschikbaar zijn.
• Kwaliteit van poeders voor AM (Aanvullende informatie, Engelstalig): Een kort overzicht wordt gegeven van het belang van poederkwaliteit, wat de belangrijkste karakteristieken zijn en hoe een efficiënte tweestapsprocedure gebruikt kan worden om de poederkwaliteit op te volgen doorheen de hele procesketen. 
• AM van aluminium-extrusie-matrijzen met H11 staal (Aanvullende informatie, Engelstalig): Dit document geeft informatie over het gebruik van H11-staal voor het printen van aluminium-extrusie-matrijzen. Het is ook de weergave van een mooi traject dat aantoont hoe ‘klein beginnen’ kan leiden tot innovatie, zelfs als de toegevoegde waarde van AM niet vanaf het begin duidelijk is. 
• L-PBF vs. LMD – Casestudie van een gegeneraliseerde rotor (Aanvullende informatie, Engelstalig): Een vergelijking wordt gemaakt tussen het gebruik van L-PBF en LMD voor het printen van een rotor die binnen dit project werd ontwikkeld. Er is een poging ondernomen om een kostenvergelijking te maken, alsook om dit in perspectief te plaatsen ten opzichte van conventionele productie. 
• LMD-proces en testresultaten (Aanvullende informatie, Engelstalig): Bijkomende inzichten in de resultaten van het LMD proces en testen met 316L en 17-4PH staal. Dit document bevat ook extra informatie over het 3D printen van de gegeneraliseerde rotor. 
• WAAM-proces en testresultaten (Aanvullende informatie, Engelstalig): In dit document wordt in meer ingegaan op de parameter optimalisatie voor 3 lasdraden: 316L, S355 en duplex staal, met focus op de laatste. The proces condities en beperkingen voor het printen van een grote pomp kern worden ook besproken. 
• Oppervlaktenabewerking van L-PBF en LMD onderdelen (Aanvullende informatie, Engelstalig): Oppervlakte nabehandeling wordt toegepast op LMD en L-PBF onderdelen. De resultaten zijn in grote mate afhankelijk van de staat van het oppervlak bij aanvang en de combinatie van gebruikte technieken: zandstralen, tribofinishing en elektrolytisch polijsten. Het is belangrijk een goede kennis te hebben van het werkingsprincipe en het effect of de ruwheid om de juiste combinatie van technieken te selecteren.

Webinars

• INSIDE Metal AM project – 3D Printing with Steel, 27/10/2020
• INSIDE Metal AM project – Final Event, 22/02/2021

Presentaties en publicaties