Technische coatings optimaliseren oppervlak AM-onderdelen

Additive manufacturing in combinatie met bestaande (coating-)technologieën voorziet betere en meer mogelijke toepassingen dan AM alleen. Tot deze conclusie kwamen Sirris en het Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) tijdens een gezamenlijk onderzoeksproject rond technische coatings voor additive manufacturing. De resultaten zijn veelbelovend.

Vandaag maakt additive manufacturing de overstap naar industriële productie. De technologie is belangrijk voor de toekomst en zal een invloed hebben op de productiemarkt en ver daarbuiten. De industrie kan voordeel halen uit de technologie met haar mogelijkheden tot productie op vraag, flexibele aanpasbaarheid en de mogelijkheid kleine hoeveelheden te produceren. Het oppervlak van de geproduceerde componenten is echter vaak zeer ruw en poreus, een uitdaging die Sirris en het Fraunhofer IAP samen aangingen binnen een CORNET-project TCAM.

Strengere eisen aan oppervlakken

Fraunhofer IAP heeft onder meer expertise opgebouwd in technische coatings en ook Sirris kan bogen op de nodige ervaring die van pas kwam bij onderzoek naar het gebruik van technische coatings voor AM. De eisen aan AM-geproduceerde componenten breiden uit en het is essentieel om een consistente materiaalkwaliteit te garanderen voor industriële producenten. Bovendien worden ook de eisen rond de oppervlaktekwaliteit strenger. Dankzij de inzet van technische coatings zijn de onderzoekers van Sirris en Fraunhofer in staat de ruwheid en porositeit van het oppervlak van via AM geproduceerde onderdelen aanzienlijk te verbeteren. Met technische coatings wordt een glad, afgesloten oppervlak met specifieke functies mogelijk.

Oppervlaktefunctionalisering

Uit het onderzoek bleek dat de combinatie van lakken en polijsten de efficiëntste techniek is voor oppervlakteoptimalisatie in additive manufacturing. Bovendien kunnen componenten verder gefunctionaliseerd worden door gebruik te maken van speciale coatings of oppervlaktebehandelingen. In het project metalliseerden de onderzoekers de glad gemaakte componenten. De metaalcoating is een zichtbaar voorbeeld van het functionaliseringsproces: een verbeterde krasvastheid, antimicrobiële eigenschappen en vele andere eigenschappen.

Sirris zorgde voor verschillende componenten vervaardigd met SLS, SLA en FDM (d.i. 3D-printen), waarbij alle methoden verschillende uitdagingen met zich meebrachten op het vlak van oppervlaktebehandeling. Elk stuk werd geanalyseerd om de specifieke eigenschappen te bepalen, waarna het oppervlak werd geactiveerd, gecoat, gepolijst en gemetalliseerd met de meest geschikte methode. 3D-geprinte componenten handmatig polijsten neemt veel tijd in beslag en bij automatisatie van het polijstproces loopt men het risico dat de vorm veranderd wordt, zeker wanneer fijne details aanwezig zijn. Samen met Fraunhofer IAP konden mogelijkheden worden ontwikkeld om de bestaande problemen op te lossen, zeker wat poreuze en ruwe oppervlakken betreft.

Combinatie van productiemethoden

Traditionele productiemethoden bereiken vaak hun grenzen met complexe componenten. Hoe complexer een onderdeel, hoe moeilijker en ingewikkelder het wordt voor klassieke productie. Additive manufacturing opent mogelijkheden om dit soort van componenten sneller en kostenefficiënter te realiseren. Stukken die gewoonlijk uit verschillende onderdelen bestaan en nadien moeten worden geassembleerd, kunnen zo in één stap worden gecreëerd, waarbij elk deel van het oppervlak de vereiste kwaliteit heeft. Bij complexe onderdelen zijn sommige oppervlakken bovendien moeilijk bereikbaar. Met geschikte oppervlaktebehandelingstechnologiën die in de toekomst misschien zelfs geïntegreerd kunnen worden in de AM-machines, zal het mogelijk zijn ook complexe onderdelen volledig te functionaliseren.

3D-printen van staal

Sirris is ook in een tweede project rond AM - 'INSIDE Metal AM' - samen met CRM en BIL, betrokken rond oppervlaktenabehandeling. Het project focust specifiek op het 3D-printen van hogesterkte- en roestvast staal. Op basis van bestaande kennis en bijkomend toegepast onderzoek zullen de projectpartners richtlijnen en flowcharts definiëren die helpen om de keuze te maken tussen productie door AM of traditionele technieken, op basis van zowel technische als economische argumenten. Daarnaast zullen richtlijnen uitgewerkt worden die moeten toelaten de technische complexiteit van het AM-productieproces te kanaliseren en al vanaf de eerste batch een kwalitatief hoogstaand en certificeerbaar product af te leveren ('first time right'). Ook de juiste oppervlaktebehandeling vormt hierin een cruciale stap. De reeds opgebouwde kennis en ervaring uit het TCAM-project zal hierbij worden aangewend.

Lees hier meer over het TCAM-project.