Wat is Metaal Additief Manufacturing?
Additive manufacturing van metaal, ook bekend als 3D-printen van metaal, is een hightech productiemethode waarbij objecten worden gemaakt door opeenvolgende lagen materiaal toe te voegen. De benadering maakt gebruik van een energiebron, bijvoorbeeld een laser- of elektronenbundel, om metaalpoeder of draadvorm samen te smelten en zo een massief object te vormen. Hierdoor kunnen met deze techniek complexe ontwerpen worden ontwikkeld die met traditionele productieprocessen niet of moeilijk te realiseren zijn.
Additive manufacturing van metaal biedt verschillende voordelen, waaronder een ongeëvenaarde ontwerpvrijheid en het gebruik van verschillende metalen. Hierdoor is het onmisbaar geworden voor de groei van de productie-industrie en helpt het de efficiëntie te verbeteren, afval te verminderen, emissies te verlagen en de productiesnelheid van substantiëlere, lichtere onderdelen te verhogen. De ruimtevaart, de automobielindustrie, de medische sector en consumptiegoederen zijn geïdentificeerd als de belangrijkste begunstigden van deze technologie.
Methodes in Metaal Additieve Productie
Poederbedmethoden
Bij de poederbedmethode wordt een dunne laag metaalpoeder over het oppervlak van een bed verspreid. De dunne lagen worden vervolgens selectief gesmolten en versmolten met behulp van hoogenergetische bronnen zoals lasers of elektronenstraling om het gewenste voorwerp te vormen. Het biedt een uitzonderlijke mogelijkheid om complexe geometrieën met precisie te genereren.
Gerichte Energie Afzetting (DED)
Bij gerichte energiedepositie wordt het materiaal gesmolten door een verwarmingselement terwijl het tegelijkertijd door een spuitmond wordt afgezet. Dit proces bouwt lagen op om een solide object te produceren. DED is nuttig in verschillende industrieën omdat het bestaande onderdelen kan repareren en materialen kan toevoegen.
Metal Binder Jetting
Metaalbinder jetting maakt gebruik van vloeibare bindmiddelen die bovenop opeenvolgende lagen metaalpoeder worden aangebracht, dus als lijm tussen deze deeltjes. Het resulterende voorwerp moet verder worden behandeld, meestal met sinter- of infiltratieprocessen, om het robuuster/harder te maken dan voorheen, maar toch zijn vorm te behouden zonder vervorming. Deze methode is nuttig voor veel toepassingen, vooral voor massaproductie, waarbij complexe onderdelen nodig zijn zonder dat de temperatuur te hoog oploopt.
Vergelijking van verschillende metalen additieve productiemethoden
Poederbedmethoden
Voordelen
Poederbedmethoden zijn de beste methoden om complexe vormen te maken. Deze methode is zeer nauwkeurig en gebruikt alleen het benodigde poeder, waardoor verspilling wordt voorkomen. Het kan worden aangepast aan individuele producten en is dus toepasbaar op verschillende metalen en legeringen.
Nadelen
Door de dure grondstoffen die in de procedures worden gebruikt, is het duur om alle benodigde essentiële gereedschappen aan te schaffen. De snelheid is beperkt, naast mogelijke volumebeperkingen tijdens de productie. Oppervlaktebehandelingen kunnen extra nabewerking vereisen na de verwerking, en er zijn strikte veiligheidsrichtlijnen bij het werken met metaalpoeders.
Binder Jetting
Voordelen
Ondersteuningen zijn slechts soms nodig bij binder jetting, wat afval en kosten voor nabewerking vermindert. Het recycleert tot 99% van het losse poeder, waardoor complexe ontwerpen mogelijk zijn zonder de kosten te verhogen. Er kunnen meerdere onderdelen in één print worden gemaakt, wat tijd en kosten bespaart.
Nadelen
Voor binder jetting is echter extra apparatuur nodig voor de nabewerking, waarbij de meeste nabewerkingen handmatig zijn, hoewel er gewerkt wordt aan automatisering. Bovendien zijn de kosten van binder jetting machines hoger dan die van veel conventionele productiemethoden.
Directe Energie Afzetting (DED)
Voordelen
DED bouwt sneller dan andere AM-metaaltechnologieën en maakt dichte onderdelen met minder afvalmateriaal. Het kan grote onderdelen produceren en met verschillende materialen werken.
Nadelen
Een nadeel is dat DED een lage bouwresolutie heeft, wat resulteert in ruwe oppervlakteafwerkingen. De machines zijn vrij duur en er zijn geen ondersteunende structuren toegestaan in dit proces, wat betekent dat bepaalde ontwerpkenmerken niet kunnen worden geïmplementeerd.
Materialen voor metaal additieve productie
Gemeenschappelijke metaalpoeders
De materiaalkeuze bij additieve metaalproductie heeft een grote invloed op de eigenschappen van het eindproduct. Gangbare materialen zijn onder andere:
- Titanium en titaniumlegeringen
Hoge sterkte, corrosiebestendigheid en biocompatibiliteit, ideaal voor gebruik in de ruimtevaart, auto-industrie en medische toepassingen.
- Roestvrij staal
Balans tussen sterkte, corrosiebestendigheid en betaalbaarheid.
- Aluminium en aluminiumlegeringen
Lichtgewicht met goede geleiding.
- Superlegeringen op basis van nikkel
Superieure hittebestendigheid en corrosiebestendigheid voor toepassingen bij hoge temperaturen.
- Kobalt-chroom legeringen
Hoge sterkte en biocompatibiliteit, vaak gebruikt in medische toepassingen.
- Edele metalen
Ze worden gebruikt in sieraden voor hun esthetische kwaliteiten en corrosiebestendigheid.
- Gereedschapsstaal
Hoge hardheid en slijtvastheid, ideaal voor het maken van mallen en snijgereedschappen.
Ertsmetalen in additieve productie
Edele metalen zoals goud, zilver, platina en ruthenium worden gebruikt in additive manufacturing voor verschillende toepassingen:
- Zilver
Elektrische contacten en batterijen met een hoge capaciteit dankzij hun hoge geleidbaarheid.
- Goud
Tandheelkunde, geneeskunde en elektronica vanwege hun vormbaarheid en weerstand tegen aantasting.
- Platina
Sieraden, chirurgisch gereedschap en laboratoriumgerei vanwege hun dichtheid en weerstand tegen lucht en water.
- Ruthenium
Elektronica en chemische industrie vanwege de weerstand tegen zuren en aanslag.
Toepassingen van metaal additieve productie
Transformeer uw productie met Metal Additive Manufacturing. Bespaar kosten, innoveer sneller en bereik ongeëvenaarde precisie.
Ruimtevaartindustrie
De lucht- en ruimtevaartindustrie was een van de eerste die additive manufacturing van metaal toepaste omdat er behoefte was aan lichte en duurzame materialen. Deze technologie optimaliseert motoronderdelen, turbinebladen en brandstofsystemen. Het creëren van complexe vormen zonder interne gebreken heeft de prestaties en functionaliteit van luchtvaartonderdelen drastisch verbeterd, wat heeft geleid tot lichtere vliegtuigen en een lager brandstofverbruik.
Automobielindustrie
Additive manufacturing van metaal wordt in de auto-industrie gebruikt voor metal prototyping, onderdelen op maat en tooling. Autofabrikanten kunnen deze innovatie gebruiken om nieuwe ontwerpen te ontwikkelen die ze meteen kunnen testen, waardoor ze hun iteratiecycli tijdens de ontwikkeling kunnen verkorten. Bovendien verbetert het creëren van lichtgewicht maar ingewikkelde solide structuren de efficiëntie van voertuigen.
Medische industrie
De productie van medische implantaten en chirurgische instrumenten wordt op medisch gebied vergemakkelijkt door additive manufacturing van metaal. Deze technologie creëert bijvoorbeeld patiëntspecifieke implantaten die precies passen in de anatomie van een individu, wat leidt tot betere resultaten en een snellere genezingstijd voor patiënten na een operatie of letsel door ongevallen. Het maakt ook de vervaardiging van delicaat chirurgisch gereedschap mogelijk, wat de nauwkeurigheid tijdens operaties verhoogt.
Energiesector
Metaal additive manufacturing maakt onderdelen voor energiesystemen binnen de energiesector. Het helpt bij het maken van dergelijke onderdelen, die doorgaans hoge sterkte-eigenschappen nodig hebben en bestand zijn tegen zware omgevingsomstandigheden, waardoor AM een perfecte methode is voor hun productievereisten. Additive manufacturing stelt ons in staat om ingewikkelde geometrieën te ontwerpen die de efficiëntie en betrouwbaarheid van deze systemen verbeteren.
Juwelen en consumptiegoederen
De sieradenindustrie is veranderd door additive manufacturing van metaal, waarbij complexe ontwerpen worden gemaakt met zeer weinig materiaalverspilling. Met deze techniek kunnen juweliers ingewikkelde stukken maken die met traditionele methoden onpraktisch of onmogelijk zouden zijn. Ook producenten van consumentengoederen gebruiken AM om producten met unieke geometrieën op maat te maken.
Onderzoek en ontwikkeling
Op het gebied van onderzoek en ontwikkeling (R&D) is additive manufacturing van metaal nodig om snel prototypes te maken tijdens experimenten. Daarom kunnen onderzoekers deze technologische procedure gebruiken om nieuwe ontwerpen kort te produceren en te testen, wat hen zal helpen om te innoveren en het onbekende te ontdekken. Snelle iteratie van ontwerpen draagt bij aan de snelle ontwikkeling van nieuwe producten en technologieën.
Voordelen van Additive Manufacturing van metaal
Complexe vormen en geometrieën
De mogelijkheid om complexe vormen en geometrieën te maken die met traditionele methoden moeilijk of onmogelijk te maken zijn, is een van de belangrijkste voordelen van metaal additive manufacturing (AM). Dit maakt het mogelijk om onderdelen te ontwerpen met interne holtes en ingewikkelde details.
Vermindering
In tegenstelling tot andere productiemethoden kunnen met additive manufacturing lichtgewicht onderdelen worden gemaakt zonder aan sterkte in te boeten. Sectoren die deze gewichtsvermindering hebben omarmd zijn onder andere de auto- en luchtvaartindustrie, waar zelfs een beetje gewichtsvermindering al kan leiden tot aanzienlijke besparingen op brandstofkosten.
Tijd- en kostenefficiëntie
Vergeleken met traditionele processen neemt additive manufacturing van metaal minder tijd in beslag omdat er geen gereedschap en secundaire bewerkingen nodig zijn, waardoor de productiekosten en doorlooptijden korter worden en producenten sneller op de markt kunnen komen. Bovendien verlaagt een voorraad zonder voorraden de opslagkosten.
Vergeleken met conventionele subtractieve technieken wordt er bij 3D printen minder afval gegenereerd omdat alleen het materiaal wordt toegevoegd dat nodig is in een specifiek gebied. Dit bespaart op materiaalkosten en draagt positief bij aan het behoud van het milieu. Bovendien draagt het recyclen van ongebruikt poeder bij aan duurzaamheid.
Uitdagingen van metaal additieve productie
Technische uitdagingen
Verscheidene technische uitdagingen worden geconfronteerd met technologieën voor additieve metaalproductie, waaronder het bereiken van de gewenste oppervlakteafwerking en precisie die hoog genoeg is voor de beoogde doeleinden vanwege de vereiste van extra nabewerking zoals machinale bewerking of polijsten.
Economische beperkingen
Hoge initiële investeringen weerhouden de meeste bedrijven ervan om AM-metaalmachines op te zetten. Tegelijkertijd zijn deze machines duur, samen met opleidingsvereisten, verbruiksartikelen, onderhoud, enz. Bovendien zijn de materialen die gebruikt worden bij 3D-printen vaak duur, wat betekent dat er veel grondstoffen verloren gaan.
Regelgeving en standaardisatie
Voor additieve metaalproductietechnologie zijn gestandaardiseerde testmethoden of richtlijnen voor kwaliteitscontrole nodig, waardoor kwaliteitsborging een lastige taak wordt, vooral op gebieden als lucht- en ruimtevaart en medische apparatuur met strenge eisen.
FAQS
Wat is Soorten Poederbedfusie？
Selectief lasersinteren (SLS)
Selectief lasersinteren maakt gebruik van een laser om poedervormig metaal te sinteren en te versmelten tot een solide structuur, waarbij nauwkeurigheid en efficiëntie de kenmerken zijn.
Direct metaal lasersinteren (DMLS)
DMLS lijkt echter op SLA, maar richt zich op verschillende metalen en legeringen om prototypes en eindproducten met hoge precisie te genereren.
Selectief lasersmelten (SLM)
Bovendien wordt bij SLM het metaalpoeder gesmolten, wat leidt tot een dichter en robuuster eindproduct voor toepassingen die een hoge sterkte en duurzaamheid vereisen.
Electronenstraalsmelten (EBM)
Dit proces verschilt van andere additieve productietechnologieën. Er wordt een elektronenbundel in plaats van een laser gebruikt in een vacuüm om oxidatie te voorkomen, waardoor complexe onderdelen met uitstekende materiaaleigenschappen eenvoudig te maken zijn.
Conclusie
Additive manufacturing van metaal is een transformatieve technologie die vele voordelen biedt, zoals ontwerpvrijheid, efficiëntieverbeteringen en minder impact op het milieu. Er zijn verschillende methoden beschikbaar, zoals poederbedfusie, gerichte energiedepositie en bindmiddelstralen, zodat fabrikanten de beste aanpak voor hun specifieke behoeften kunnen kiezen. Het brede scala aan materialen dat gebruikt wordt bij metaal additive manufacturing maakt het mogelijk om onderdelen te maken met verschillende eigenschappen en toepassingen.
Omdat metaal additive manufacturing zich blijft ontwikkelen, staat het op het punt om een revolutie teweeg te brengen in de productie-industrie. De mogelijkheid om snel en kosteneffectief complexe, lichtgewicht en hoogwaardige onderdelen te maken, zal de toepassing in meerdere sectoren stimuleren. Hoewel er nog uitdagingen zijn, zullen de voortdurende vooruitgang en toenemende toegankelijkheid helpen om deze obstakels te overwinnen, waardoor metaal additive manufacturing de komende jaren een hoeksteen van industriële innovatie zal worden.
