Metaalprinten: een must voor complexe onderdelen

De techniek van metaalprinten is quasi volgroeid. De machines worden in productie-eenheden geïntegreerd, ze zijn sneller, groter en goedkoper. Hoe kunt u deze opportuniteiten optimaal benutten? Sirris kan hulp bieden.

In 2017 en 2018 werden gekenmerkt door talrijke nieuwigheden in de wereld van additieve fabricage, met nieuwe actoren, nieuwe technologieën, materialen, software en steeds meer gebruikers. De technologieën zijn stilaan volgroeid. Metaalprinten wordt een must om specifieke fabricageproblemen op te lossen en complexe eindproducten te creëren.

Sirris volgt al deze ontwikkelingen op de voet. Dit zijn enkele grote trends in de evolutie van de 3D-metaalprinters, met enkele voorbeelden.

1. Integratie in de productie-eenheden

Additive Industries (NL) brengt MetalFab1 uit, een volautomatisch systeem bestaande uit een assemblage van modules (printing, thermische behandeling, verwijdering,…) waartussen een robot op rail de productieplaten verplaatst. De machine maakt gebruik van poederbedfusie waarbij het laserblok tijdens de afwerking naar een tweede printeenheid kan verschuiven om de productiviteit te verhogen.

2. Hybride machines

De integratie van AM in de productie vergemakkelijken kan bijvoorbeeld door post-machining van de onderdelen op dezelfde machine. De grote fabrikanten van werktuigmachines als Matsuura of Sodick bieden al enkele jaren hydride uitrustingen waarbij additieve en substractieve fabricage worden gecombineerd. Die machines worden almaar efficiënter.

3. Ontwikkeling van een volwaardig ecosysteem rond de machines

Een AM-uitrusting is meer dan alleen een printer.

AddUp, een joint venture tussen Michelin en Fives, biedt een geïntegreerde oplossing die rekening houdt met de veiligheid-, hygiëne en milieuaspecten van additive manufacturing. De machine is in een container met vakken ondergebracht, die zones bevat voor het recyclen van het poeder en het verwijderen van de onderdelen, een aparte zone om besmetting naar buiten toe te vermijden, en een eenheid voor luchtbehandeling.

De leveranciers van de klassieke maakindustrie zijn aanverwante uitrustingen aan het ontwikkelen om het ecosysteem rond de printers te vervolledigen. Klaeger stelt bijvoorbeeld een bandzaag voor om de geprinte onderdelen van hun fabricageplaat te scheiden. Solukon brengt een hermetische container uit om overtollig poeder na SLS (Selective Laser Sintering) te verwijderen.

Assonic verkoopt een reconditioner om te recycleren poeders te filteren en ze in de gewenste verhoudingen te vermengen met nieuwe materialen.
Seivgen ontwikkelt een autonoom systeem dat snel poeders kan filteren.

4. Snellere en grotere poederbedmachines

De poederbedfusieprocedés (EOS, SLM Solutions, Concept Laser (overgenomen door GE), Renishaw, 3D Systems,…) maken belangrijke ontwikkelingen mee. De machines worden groter (tot 800 mm in plaatlengte) en werken sneller. Belangrijker nog, er zijn ook almaar meer monitoringsystemen. Ze dienen doorgaans om de straling van het bad en van het eigenlijke afgeleverde laservermogen te meten. Momenteel maken ze het nog niet mogelijk de machineparameters realtime bij te sturen; ze zijn veeleer een middel om de kwaliteit van de geproduceerde onderdelen te vrijwaren door constante fabricageomstandigheden te garanderen.

5. Alternatieve, goedkopere procedés

Naast de poederbedfusieprocedés worden andere technieken ontwikkeld of voor professioneel gebruik klaargestoomd. Ze zijn stuk voor stuk bedoeld om de kostprijs van de geprinte onderdelen terug te schroeven en op die manier additive manufacturing voor meer toepassingen toegankelijker te maken.

Cold spray

Het cold spray-procedé, dat vooral in 2D-coating gekend is en op de versnelling van een gas aan supersonische snelheden in een buis berust, kent nu ook in 3D een doorbraak. Zo ontwikkelde Spee3D (AU) een cold spray-procedé op een robotarm, waarmee aluminium of koperen kunnen worden gemaakt met een materiaaldebiet van 100 g/min.

Jetting

Dankzij verscheidene jettingtechnieken wordt het vandaag mogelijk dure lasers achterwege te laten en details te verfijnen. Zo biedt het Israëlische XJet bijvoorbeeld een suspensie van metalen nanodeeltjes in suspensie in een vloeistof. De verdamping van deze vloeistof, gevolgd door sinteren in de oven, verleent aan de onderdelen hun uiteindelijke cohesie.

Digital Metal, onderdeel van de groep Höganäs, dat al enkele jaren een binder jettingsysteem gebruikt om kleine precisieonderdelen in onderaanneming te produceren, brengt vandaag zijn eigen machine op de markt. Het sinteren gebeurt in postproductie.

Desktop Metal Production is eveneens op binder jetting gebaseerd, maar het ‘Single Pass Jetting’-procedé, dat meerdere functies in één doorgang van de wagen integreert, is naar verluidt 100x sneller en 20x goedkoper zijn dan gelijkaardige machines op de markt. Ook hier gebeurt het sinteren in postproductie.

Andere technologieën, waaronder ECN, lasersmelten de deeltjes net na de verdamping van de vloeistof, om de nadelen van het sinteren te vermijden.

Extrusie

Desktop Metal Studio is een compacte desktopprinter die op een draadextrusietechnologie berust, waarbij de draad is samengesteld uit een binder en een metaalpoeder (Bound Metal Deposition of kortweg BMD). Om de supports makkelijk te verwijderen, bestaat een specifiek procedé erin tussen het onderdeel en de support een tussenliggende laag te printen om te vermijden dat de twee zich op het moment van het sinteren aan elkaar gaan hechten. Het sinteren gebeurt in een oven die verwarmende cartridges en microgolven combineert.

Ook Markforged, in zijn Metal X-machine, gebruikt een extrusieprocedé van een met metaal gevuld filament om na het sinteren metalen onderdelen in tal van legeringen mogelijk te maken.

Ditzelfde principe werd ook door AIM3D en 3D-Figo gekozen, hoewel zij niet van een filament uitgaan maar rechtstreeks van korrels voor MIM (Metal Injection Molding).

6. En Sirris ?

Gezien de toenemende diversiteit aan technieken en machines, zijn de doorbraken in AM nog maar moeilijk bij te houden.

Sirris is deze wereld al sinds 1990 aan het verkennen. We gaan op zoek naar de meest recente informatie die we dan verwerken, filteren en verspreiden. Zo vindt u alle details over de bovenstaande technologieën en evoluties op Techniline, onze portaalsite voor de technologiewacht.

Dankzij zijn vele gediversifieerde uitrustingen in de hele productieketen, zijn projecten met Europese partners van alle technologische horizonten, en zijn geregelde investeringen in nieuwe materialen, is Sirris in staat om procedés, producten en bedrijfsmodellen te testen en te ontwikkelen. Ook het integreren van AM-machines in een bestaande productieomgeving is een topic dat Sirris aansnijdt vanuit haar ervaring in zowel AM als in state-of-the-art productieomgevingen waarmee Sirris first-time-right productie nastreeft.

Wat uw project ook is, bij Sirris vindt u een expert die u objectief en neutraal kan adviseren en begeleiden bij de opstart ervan.