18/10/2019
Door Ad Spijkers
Wolframcarbide-kobalt (WC-Co) is een uitstekend materiaal voor snijgereedschappen omdat het extreem hittebestendig en slijtvast is. Additive manufacturing moet de gereedschappen nog beter maken.
Snijgereedschap gemaakt van wolfraamcarbide kobalt (WC-Co) kan tot nu toe alleen worden geproduceerd door complexe sinterprocessen. De hoge sterkte van deze materialen enerzijds en de sintertechnologie anderzijds beperken echter de vorm van snijgereedschappen. De introductie van complexe koelstructuren is erg ingewikkeld of gewoon onmogelijk.
Laser Powder Bed Fusion
Anderzijds bieden additieve fabricageprocessen een hoge mate van ontwerpvrijheid en structuren die de eidgeometrie benadern. Dit minimaliseert nabewerkingsprocessen en maakt complexe koelstructuren binnen het snijgereedschap mogelijk. Vooral Laser Powder Bed Fusion (LPBF) biedt hier veel voordelen. In dit additieve productieproces wordt het werkstuk met behulp van een laser laag voor laag opgebouwd uit een poederbed. Hierdoor worden ondersnijdingen en complexe koelgeometrieën mogelijk.
Op een laser gebaseerde additieve productieprocessen vereisen een zorgvuldige selectie van materiaal en procesparameters om uiteindelijk vergelijkbare sterke punten te bereiken als conventionele methoden. In het nieuwe financieringsproject »AM von WC-Co« zal een groep onderzoeksinstituten in Aken dit nader onderzoeken. Het team bestaat uit het Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau (IWM), het Werkzeuglabor van de RWTH Aken en het Fraunhofer Instituut für Lasertechnologie (ILT), eveneens in Aken.
Een groot probleem in het LPBF-proces is de temperatuurverdeling in het opgebouwde werkstuk. Op de laserspot wordt het metaalpoeder gesmolten, waarna het snel afkoelt. De huidige machines hebben een verwarmde bodemplaat om het koelproces te vertragen. Dit is echter niet voldoende; vooral bij hoogsmeltende materialen en grote componenten treden spanningen en soms zelfs scheuren in het werkstuk op.
NIR radiator
De deskundigen van het Fraunhofer ILT houden zich al enkele jaren met dit probleem bezig. Onder meer hebben ze in samenwerking met Adphos Innovative Technologies een systeem ontwikkeld, waarbij een nabij-infrarood (NIR) stralers het werkstuk van boven verhitten. Met maximaal 12 kW bereikt de stralers temperaturen tot 800 ° C in het werkstuk. In het project 'AM of WC-Co moet deze technologie worden gebruikt voor de verwerking van wolfraamcarbide kobalt.
Voor dit doel wordt het volledige proces van poedermaterialen via het additieve productieproces tot en met nabewerking en testen worden onderzocht. De wetenschappers willen hiermee de materialen en processen die conventionele sinterprocessen kunnen vervangen, kwalificeren. De additief geproduceerde hardmetalen snijgereedschappen moeten een hardheid hebben die vergelijkbaar is met die van conventioneel geproduceerde gereedschappen, maar door de ingebouwde koelstructuren een langere levensduur.
Dit zou vooral zijn vruchten moeten afwerpen wanneer met veeleisende materialen zoals titanium wordt gewerkt. Bovendien kan het systeem met de NIR-stralers voor poederbedverwarming de weg effenen voor de verwerking van andere hoogsmeltende legeringssystemen.