Nederlands (Formeel) 
English 
Español 
Français 
العربية 
Русский 
Português 
Deutsch 
Italiano 
日本語 
Türkçe 
Українська 
Op het gebied van 3D printen is metaal 3D printen het bespreken waard vanwege de hoge sterkte en duurzaamheid van metalen. Primair staat metaal 3D printen gelijk aan additieve productie, waarbij producten worden gemaakt door lagen één voor één op te bouwen.
Er zijn verschillende 3D printtechnieken voor metaal. U kunt dus kiezen tussen verschillende materiaalsoorten om een perfecte combinatie van duurzaamheid, kosten, oppervlakteafwerking en snelheid te krijgen. Hier vindt u een complete gids over het proces, de werking, de soorten en de toepassingen van metaal 3D printen.
Wat is Metaal 3D Printing Techniek en hoe werkt het?
Metaal 3D printen is een additieve productietechnologie die metalen onderdelen in de vorm van lagen produceert door sinteren, smelten en lassen. Bij metaal 3D printen wordt meestal metaalpoeder gebruikt. Over het algemeen wordt bij 3D metaal printen een groot aantal metaallegeringen en metalen gebruikt, waaronder roestvrij 3D printen samen met staal, aluminium, kobaltchroom en titanium.
De bewerking van metaal voor 3D-printers draait voornamelijk om SLM en DMLS. Laten we eens kijken hoe het werkt:
Voordat we verder gaan met het metaal 3D printproces, wil ik eerst het bouwplatform introduceren. Gewoonlijk worden de metalen onderdelen eraan bevestigd door middel van ondersteunende structuren die gemaakt zijn van hetzelfde materiaal als de onderdelen. Het bouwplatform voorkomt vooral vervorming of buiging door hoge temperaturen.
Stap 1
De eerste stap is het minimaliseren van de kans op oxidatie van metaalpoeder door de bouwkamer te vullen met inert gas, bijv. argon. Vervolgens wordt de bouwkamer verwarmd tot de optimale temperatuur.
Stap 2
Na het verspreiden van de dunne laag metaalpoeder wordt de dwarsdoorsnede van het onderdeel gescand met een krachtige laser.
Hierdoor versmelten de metaaldeeltjes en ontstaat er een nieuwe laag. Ook wordt het volledige oppervlak van het metalen onderdeel gecontroleerd om ervoor te zorgen dat er een volledig vast product ontstaat.
Stap 3
Zodra het scanproces klaar is, schuift het bouwplatform naar beneden en verspreidt het een tweede dunne laag metaal met behulp van een hercoater. Het proces blijft zich herhalen tot het eindproduct gevormd is.
Stap 4
Zodra het product gevormd is en de bak afgekoeld is tot kamertemperatuur, moet het overtollige metaalpoeder handmatig verwijderd worden door technici. Daarna krijgt het onderdeel een warmtebehandeling zonder het van het bouwplatform los te maken. Hierbij dient het bouwplatform om de restspanningen van het onderdeel te verlichten.
Tot slot is het tijd om het onderdeel van het bouwplatform te scheiden door het te bewerken of te snijden. Nu kunt u het onderdeel gebruiken voor verdere nabewerking.
Wat zijn de verschillende soorten metaal 3D printtechnieken?
Zoals eerder besproken, is metaalpoeder een belangrijk element van metaalprintmachines. Daarom zit het verschil tussen alle soorten metaal 3D printtechnieken in het samensmelten van het poeder tot metalen onderdelen. Bij deze technieken worden verschillende bronnen gebruikt voor de werking van een 3D metaalprinter.
|
Classificatie van metalen 3D printtechnieken |
|||||||
| Soorten |
Poederbedfusie |
Bindmiddel Jetting | Materiaal Jetting | Materiaal Extrusie | Vaatpolymerisatie | Directe energieafzetting |
Lamineren van vellen |
| Subtypes |
DMLS SLS MJF |
Bindmiddelstralen | Materiaal Jetting DOD | FDM
FFF |
SLA
DLP CLIP |
Laser DED
Boog DED Elektronenbundel DED |
LOM SLCOM PSL SDL |
| Materialen | Staal EBM,
Roestvrij staal, Titanium, Kobalt koper, Aluminium |
Wolfraamcarbide, legeringen op nikkelbasis Roestvrij staal |
Roestvrij staal |
Titaanlegeringen, nikkellegeringen, aluminiumlegeringen, koper, roestvrij staal |
Harsen |
Roestvrij staal, nikkellegeringen, titaanlegeringen, kobaltlegeringen |
Papier, metaal, keramiek, polymeer, |
Hieronder zullen we de belangrijkste soorten, hun werking en gebruik bekijken:
1. Poederbedfusie
Poederbedfusie is de meest gebruikte directe metaal 3D printtechniek. Het werkingsprincipe van deze machines is dat ze een fijne laag poeder verspreiden en een thermische bron gebruiken om een dwarsdoorsnede van het onderdeel in een poederlaag te smelten.
Om meer te weten te komen over dit proces, moet u kijken naar de populaire types. Als het gaat om de beste metalen 3D printers, zijn de eerste beelden die in uw gedachten opkomen DMLS en SLS. Typisch zijn SLM (Selective Laser Sintering), DMLS (Direct Metal Laser Sintering) en MJF (Multi Jet Fusion) soorten poederbedfusie. Laten we deze types één voor één bespreken:
DMLS
Direct Metal Laser Sintering staat hoger omdat u hiermee onderdelen kunt maken van elke metaallegering. Terwijl andere 3D-printmethoden alleen compatibel zijn met specifieke metaallegeringen of op polymeren gebaseerde materialen. Hoewel de werking van DMLS erg lijkt op die van SLS, ligt het verschil op moleculair niveau. In plaats van het metaalpoeder te smelten, wordt het alleen aan elkaar gesinterd. Uiteindelijk krijgt u minder poreuze onderdelen in vergelijking met de smelttechniek.
Ook is er minder energie nodig bij deze metaal sinterende 3D printer, omdat er geen hitte nodig is om het metaalpoeder te smelten. Het proces wordt specifiek gebruikt om producten te maken met ondersnijdingen, holtes en ontwerphoeken. De belangrijkste toepassingen zijn functionele prototypes, gereedschappen en medische apparaten of instrumenten.
SLS
Door deze methode te gebruiken, kunt u extreem dichte en sterke geprinte voorwerpen krijgen. Meestal wordt er een krachtige laser gebruikt om de kleine poederdeeltjes samen te smelten tot een driedimensionaal onderdeel. Zodra een laag gesmolten is, wordt er een roller over het bed bewogen om de verdeling van de volgende poederlaag te verzekeren. Later wordt het meeste losse poeder verwijderd door handmatig borstelen.
Metalen SLS-printers zijn ideaal voor mechanische onderdelen, zoals propellers en tandwielen. Verder produceert dit proces onderdelen voor de auto-, luchtvaart- en medische industrie.
MJF
Multi Jet Fusion-technologie werkt met veegarmen. Eerst brengt een veegarm de poederlaag aan, waarna de tweede arm, die uit inkjets bestaat, selectief een bindmiddel op het specifieke werkstuk aanbrengt. Bovendien zorgt de inkjet voor gladde en nauwkeurige oppervlakken door een detailleringsmiddel rond het bindmiddel aan te brengen.
Voordelen van PBF
Hieronder volgen enkele algemene voordelen van de poederbedfusiemethode:
- U kunt een groot aantal geometrieën maken.
- Geeft de beste mechanische eigenschappen aan de producten.
Nadelen
Deze methode heeft bepaalde nadelen, zoals hoge kosten, beperkte bouwgroottes, afvalproductie en gevaarlijke omgang met metaalpoeders.
2. Bindmiddelstralen
De binder jetting techniek in 3D printen werd in de jaren 90 ontwikkeld. Het doel was om goedkoop printbaar metaal te maken dat ook zeer effectief kon zijn.
De methode begint wanneer het eerste type 3D-printmateriaal in poedervorm, zoals zand, metaalpoeder, keramiek of polymeer, in de printer wordt gedeponeerd. Vervolgens wordt het bindmiddel via inkjet aangebracht en wordt elke laag op het bouwplatform geprint. Terwijl het proces zich herhaalt, wordt het poeder na elke laag opnieuw aangebracht totdat het printen voltooid is.
Deze techniek kan in korte tijd een groot aantal hoogwaardige onderdelen en bewerkingsgereedschappen produceren. Bovendien kunt u toepassingen vinden in de productie van zandgietmallen, realistische modellen en goedkope prototypes.
Voordelen
Als u deze techniek gebruikt, kunt u de volgende voordelen verwachten:
- Lage kosten.
- 2 mm dimensionale nauwkeurigheid.
- Uitstekende kleurenproductie.
Nadelen
Naast de opmerkelijke voordelen, zijn de resultaten nog steeds niet optimaal. U kunt het alleen gebruiken voor toepassingen met een lage intensiteit.
3. Materiaal Jetting
Material jetting, ook bekend als poly jet, is een vrij populaire techniek in plaatmetaal voor 3D-printers. Het maakt gebruik van viskeuze fotoreactieve materialen zoals wassen en fotopolymeren (vloeibaar) als veelgebruikte materialen vanwege hun viscositeit. Door hun viskeuze aard vormen ze fijne druppeltjes om lagen te vormen. Over het algemeen gebruikt de methode UV-licht om het materiaal op de onderdelen te stollen. Het product wordt voornamelijk laag voor laag gemaakt totdat het voltooid is.
Deze techniek kan worden gebruikt in toepassingen zoals prototyping om heldere visuele prototypes te maken voor verschillende merken en medische modellen.
Voordelen
- De nauwkeurigheid kan oplopen tot 0,01 millimeter per dunne laag.
- Het zorgt voor een glad oppervlak.
- Het proces biedt een breed kleurbereik voor materiaalonderdelen.
Nadelen
De nadelen van "material jetting" zijn dat het ongeschikt is voor mechanische toepassingen en dat het een printproces is met een lage snelheid.
4. Materiaal Extrusie
Zoals de naam al doet vermoeden, werkt deze 3D printtechniek volgens het principe van extrusie, waarbij het materiaal naast het smeltpunt door een kleine opening wordt geleid. Deze techniek werkt door samengestelde metalen 3D filamenten en thermoplastische materialen op een vooraf bepaald pad af te zetten om lagen te vormen. De gebruikelijke materialen voor materiaalextrusie zijn PLA, PA, ABS, TPU, koolstofvezel en meer.
Gewoonlijk is materiaalextrusie in metalen 3D-geprinte onderdelen van toepassing op elektronische behuizingen, gietpatronen, armaturen, enz.
Er zijn twee subtypes van materiaalextrusie:
- FDM (Fused Deposition Modeling)
- FFF (Fused Filament Fabrication)
1) FDM
De FDM-technologie werkt met plastic filament dat eerst vloeibaar wordt gemaakt en dan opnieuw wordt gesolidificeerd in een vereiste vorm (die al is ingesteld door een CAD-model). Meestal is het verwarmen van een extrusiemondstuk verantwoordelijk voor het smelten van het plastic. Het gesmolten materiaal heeft de neiging om lagen te vormen en na uitharding ontstaat er een 3D-object.
2) FFF
De FFF-technologie is precies hetzelfde als FDM. FDM-onderdelen worden echter sterker geacht dan FFF-onderdelen. Wat de werking van FFF betreft, ontbreekt het aan een verwarmde printomgeving, wat een belangrijke factor is voor minder nauwkeurige productresultaten.
Voordelen
Hier zijn enkele grote voordelen van metaalextrusie:
- Goedkope
- U kunt hem gemakkelijk en veilig bedienen.
- Zorg voor snel afdrukken van kwetsbare onderdelen.
Nadelen
De extrusie van materiaal heeft niet de voorkeur wat betreft nauwkeurigheid en snelheid vanwege de beperkte straal van de spuitmond. Bovendien moeten technici de uiteindelijke afwerkingskwaliteit van het product handhaven.
5. Vaatpolymerisatie
Fotopolymerisatie in een vat is een van de additieve productieprocessen die alleen fotopolymeer als belangrijk materiaal voor deze techniek gebruikt. Gewoonlijk is fotopolymeerhars verkrijgbaar in verschillende kleuren. Meestal wordt UV-licht gebruikt om de hars uit te harden en een perfecte oppervlakteafwerking te verkrijgen.
Bovendien vindt het fotopolymerisatieproces plaats wanneer de moleculen van vloeibare fotopolymeren worden blootgesteld aan verschillende golflengten licht. Hierdoor hechten ze zich snel aan elkaar en verharden ze tot een vaste stof.
Vatpolymerisatietechnieken zijn gebruikelijk voor het produceren van stukken met fijne details, zoals juwelen en verschillende tandheelkundige en klinische toepassingen.
Deze 3D techniek heeft nog meer verschillende types:
- SLA (stereolithografie)
- DLP (digitale lichtverwerking)
- CDLP (Continue Digitale Lichtverwerking)
1) SLA
SLA staat het best bekend om zijn strakke weerstanden, hoge detailniveaus en gladde oppervlakafwerkingen. De werking van dit type omvat een bouwplatform dat in een met hars gevulde container wordt gedompeld. Hierbij wordt slechts één laag hoogte gelaten tussen de bodem van de harscontainer en het bouwplatform. Daarna traceert een galvanometer met behulp van G-code de laserstraal in het pad, die verantwoordelijk is voor het creëren van een laag op het onderdeel.
Later wordt de doorsnede van een bepaald onderdeel opnieuw gecoat met nieuw materiaal. Volgens dezelfde stappen kunnen nieuwe coatings worden gevormd op dit opnieuw gecoate oppervlak.
2) DLP
Zoals de naam al doet vermoeden, gebruikt Digital Light Processing licht en lichtgevoelige polymeren om te printen. Het verschilt alleen van de SLA door de lichtbron. Er worden verschillende geprojecteerde lichtbronnen gebruikt, zoals booglampen. Bovendien wordt het als sneller dan SLA beschouwd.
DLP is ideaal voor het afdrukken van ingewikkelde patronen op hars om speelgoed, tandartsmallen, sieradenmallen, beeldjes en vele andere producten met fijne details te vormen.
3) CDLP
CLIP is de snelste btw-polymerisatietechniek die gladde voorwerpen van verschillende vormen produceert. Deze technologie maakt expliciet gebruik van een UV-projector, zuurstof en fotogevoelige hars om een 3D-object te produceren.
Het bouwplatform wordt lichtjes ondergedompeld in een fotogevoelige harsput. Wanneer dit bouwplatform omhoog komt, reageert UV-licht met de hars, waardoor het materiaal uithardt. Op dit punt worden UV-licht en zuurstof aangepast om de vorm van het onderdeel te veranderen terwijl het uit de harsput omhoog komt. Een van de belangrijkste doelen van CDLP is het genereren van mechanische eigenschappen in werkelijk isotrope onderdelen.
Voordelen
- Het levert gedetailleerd werk van hoge kwaliteit.
- Bovendien kunt u er snel mee afdrukken.
Nadelen
Naast de voordelen van kuippolymerisatie mist het ook sterkte, en UV-licht kan de hars zelfs na het afdrukken aantasten. Bovendien kan de hars na verloop van tijd kromtrekken en buigen.
6. Directe energieafzetting:
Directe Energie Afzetting bij 3D printen is een complexe techniek die meestal gebruikt wordt bij het repareren van industriële onderdelen. Bij dit proces wordt alleen metaal in de vorm van draad of poeder gebruikt. Bovendien is er geen extra ondersteunende structuur nodig en wordt er gebruik gemaakt van een hoogenergetische bron zoals een laser- of elektronenbundel om het materiaal gelijktijdig te smelten terwijl het printen plaatsvindt.
Afhankelijk van de verschillende toepassingen staat deze techniek echter ook bekend als DMD, LENS, EBAM, enz.
De toepassingen voor deze techniek in de industriële sector zijn het repareren van beschadigde schoepen of turbineschoepen.
Voordelen
- Grotere onderdelen kunnen met een hoger rendement worden gefabriceerd.
- Snel afdrukken mogelijk maken in vergelijking met andere 3D-afdrukservices voor metaal.
- Het proces creëert producten met een hoge dichtheid en uitstekende mechanische eigenschappen.
Nadelen
De algemene prestaties van deze methode zijn ongetwijfeld uitstekend, maar ze is relatief erg duur. Bovendien werkt het zonder gebruik te maken van ondersteunende structuren, waardoor de mogelijkheid van overhangen wegvalt.
7. Lamineren van vellen
Het lamineren van platen volgt het laag-voor-laag fenomeen om een 3D metalen onderdeel te vormen. Bij deze methode worden dunne metalen platen gestapeld en gelamineerd, zodat er een enkel stuk ontstaat dat door snijden in een 3D-object kan worden omgezet. De laminering kan bestaan uit ultrasoon lassen, solderen of hechten. Nadat het printproces met deze methode is voltooid, worden de resulterende producten bewerkt door middel van machinale bewerking of boren.
Voordelen
- Materialen zijn gemakkelijk te hanteren
- Er is geen extra ondersteuningssysteem nodig
- Het gebruik van standaardmateriaal bespaart kosten
- Na nabewerking biedt het een snellere afdruktijd
Nadelen
Plaatlaminatietechnologie biedt beperkte materiaalopties. Ook kan het moeilijk zijn om het overtollige materiaal na het lamineren te verwijderen. Bovendien leidt deze methode tot veel afval.
Kenmerken van 3D printen van metaal met betrekking tot SLM en DMLS
1. 3D-printerparameters
De parameters worden door machinefabrikanten al in een printer ingesteld. Meestal wordt een laaghoogte van 20 tot 50 micron gebruikt. Aan de andere kant is de algemene bouwgrootte van het systeem bijna 250 * 150 * 150 mm, maar er zijn ook grotere op de markt verkrijgbaar.
Bovendien wordt tijdens SLM en DMLS minder dan 5% metaalpoeder verspild in de vorm van steunstructuren. Het maximale poeder kan echter worden gerecycled.
2. Hechting van lagen
De onderdelen die geproduceerd worden door DMLS en SLM 3d printers die metaal kunnen printen, hebben hoge thermische en isotrope mechanische eigenschappen. Deze solide onderdelen hebben een zeer geringe interne porositeit. Ze hebben een hogere sterkte en hardheid in vergelijking met andere traditionele technieken.
Door hun hoge oppervlakteruwheid zijn ze echter gevoelig voor vermoeidheid.
3. Lichtgewicht constructies
Bij metaal 3D printen wordt meestal een rasterstructuur gebruikt om lichtgewicht onderdelen te verkrijgen. U kunt ook algoritmen voor topologieoptimalisatie gebruiken om organische, lichtgewicht ontwerpen te verkrijgen.
4. Ondersteunende structuren
Ondersteunende structuren zijn cruciaal voor SLM en DMLS 3D-printers om de gevolgen van hoge verwerkingstemperaturen aan te kunnen. De drie belangrijkste functies van deze structuren zijn de volgende:
- Ze dienen om het werkstuk aan de bouwplaten te bevestigen om kromtrekken te voorkomen.
- Het helpt om de volgende laag te vormen waarop gebouwd kan worden.
- Ze spelen een essentiële rol bij het afvoeren van warmte van het onderdeel. Daardoor koelt het snel af.
Eindoordeel
U hebt misschien al gemerkt dat er naast de vele voordelen van verschillende metalen 3D printtechnieken ook bepaalde nadelen zijn. Vooral gezien de relatief hoge kosten van 3D printers en metaalpoeders, is de beste oplossing om op maat gemaakte 3D prints op aanvraag te krijgen.
