17/05/2016
Door Ad Spijkers
Onderzoekers van de Technische Universität Chemnitz werken aan de ontwikkeling van een 3D printtechniek, waarbij het mogelijk is om in één drukgang complexe onderdelen uit verschillende metalen en keramische materialen te vervaardigen.
Op terreinen als de lucht- en ruimtevaart of de bouw van speciale machines en prototypes zijn vaak complexe onderdelen in kleine aantallen nodig. Tegelijkertijd moeten de daarbij toegepaste materialen en onderdelen voldoen aan bijzondere eisen. Dat betreft bijvoorbeeld bestandheid tegen warmte of sterke bij laag gewicht. Conventionele productiemethoden bereiken hier hun economische en technische grenzen. Wereldwijd wordt daarom onderzoek verricht aan onder meer 3D printen, waarbij metaalpoeder, kunststoffen of keramische materialen laag voor laag samensmelten.
Elektrotechnici van de TU Chemnitz hebben reeds het driedimensionaal zeefdrukken voor de productie van elektrische aandrijvingen verder ontwikkeld. In een gemeenschappelijk project met het Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Dresden en partners uit de industrie bewezen ze dat 3D zeefdrukken een economisch alternatief is om componenten voor elektromotoren met verbeterde vermogensdichtheid en hoog rendement te produceren. De fascinatie voor 3D printen en de daaraan gekoppelde mogelijkheid om onderdelen met totaal nieuwe eigenschappen te creëren, liet een aantal onderzoekers echter niet los.
Van zeefdruk naar 3D printen
De basisbeginselen en de ontwikkelingsrichting van de nieuwe methode zijn nu duidelijk. In plaats van voor zeefdruk kozen de onderzoekers voor een universeel inzetbaar echt 3D printsysteem. Daarbij beweegt de printkop driedimensionaal overeenkomstig het printprogramma en print de aan de TU ontwikkelde speciale pasta op de aangegeven punten. Aldus groeit in de print een door uitharding reeds vast geworden maar nog niet belastbaar werkstuk, de zogeheten groenling. Door warmtebehandeling (sinteren) ontstaat vervolgens een stabiel lichaam. Door de temperatuurinstelling in de sinteroven kunnen de eigenschappen van de respectievelijke materialen doelgericht worden geoptimaliseerd.
Tot nu toe experimenteerden de wetenschappers uit Chemnitz met één afzonderlijke printkop.De door de onderzoekers ontwikkelde 3D printer bestaat voor het grootste deel uit standaard onderdelen. In feite hebben ze reeds bekende additieve technologieën gecombineerd en gemodificeerd. Er wordt gewerkt met een speciaal vervaardigde pasta, die bestaat uit fijn metaal- of keramiekpoeder en bindmiddel.
In een volgende stap worden druktaken met twee en later ook meer printkoppen voor verschillende metaal- en keramiekpasta’s getest. Eerst dan komen de productietechnisch specifieke voordelen van het multimateriaalprinten volledig tot hun recht, namelijk de eenvoudige en economische vervaardiging van complexe en geometrisch uitdagende materialen in één arbeidsgang. Als voorbeeld gelden tegen hitte bestande elektrische aandrijvingen, waarbij de isolereende keramische ommanteling meteen wordt meegeprint. Of tanks met reeds inwendige zeer efficiënte warmtewisselaars en koellichamen die in het optimale bereik van koelkanalen liggen.