02/06/2020
Door Ad Spijkers
Een onderzoeksteam van de Universität des Saarlandes transformeert metalen componenten van de 3D-printer contactloos in nauwkeurige technische producten.
Motoren vliegtuigen of raketten zijn, bestaan uit een groot aantal speciale metalen componenten. Om goed in elkaar te passen en bestand te zijn tegen de zwaarste belastingen, moet elk onderdeel perfect gevormd zijn. De toleranties kunnen in het micrometerbereik liggen. Met 3D-printprocessen voor metalen is het mogelijk om complexe componenten te vervaardigen. Maar wat uit de 3D-printer komt, is vaak niet nauwkeurig genoeg om aan de hoogste eisen te voldoen. En met sommige geometrieën heeft het proces zijn grenzen.
De wetenschappers in Saarbrücken doen onderzoek om de werkstukken van de 3D-printer te verfijnen zodat ze passen op de duizendste millimeter. Met technologieën voor nabewerking van additief vervaardigde metalen onderdelen kunnen ze op economische wijze functionele precisie-oppervlakken produceren voor nauwkeurige toepassingen. Zelfs grote hoeveelheden kunnen economisch worden geproduceerd.
Combinatie van technieken
De onderzoekers combineren 3D-metaalprinten met elektrochemische verwijdering. Hiermee kunnen zelfs de meest complexe geometrieën in het hardste metaal worden gerealiseerd. De materialen, omspoeld door een elektrolytoplossing, nemen de gewenste geometrie aan tot op de duizendste millimeter: zonder enige inspanning of mechanische invloeden op het materiaal. Hiervoor hebben de ingenieurs alleen elektrische stroom nodig. Die stroom loopt tussen een kathode en een anode, in dit geval het te bewerken materiaal uit de 3D-printer.
Omgeven door een stroom geleidende vloeistof uit water en zout worden minuscule metaaldeeltjes verwijderd. Met de juiste pulsen en trillingen van het gereedschap bereiken de onderzoekers een uniforme verwijdering, resulterend in gladde oppervlakken en hoge nauwkeurigheid.
De wetenschappers onderzoeken zowel de metalen die worden gebruikt, zoals aluminium, titanium of staallegeringen, als de afzonderlijke processtappen. Om de nabewerking te optimaliseren, is een diepgaand begrip van het materiaal en het proces nodig. Ze moeten bijvoorbeeld precies begrijpen wat er met het metaal gebeurt bij de vorige 3D-print. Daarom onderzoeken ze welke structuur er ontstaat. Door processen en materiaalgedrag te onderzoeken, kunnen we deze gebruiken om de elektrochemische methoden verder te ontwikkelen om met hoge precisie gladde oppervlakken of complexe geometrieën te verkrijgen.
Parameters en processtappen
In een groot aantal experimenten gebruiken de onderzoekers 3D-printers om hiervoor onderdelen te produceren en te bepalen hoe de juiste elektrochemische verwerking moet worden uitgevoerd. Ze kijken daarbij naar het samenspel van de verschillende parameters en bepalen hoe het fabricageproces ideaal is samengesteld. Bepalend kan de volgorde zijn waarin de processtappen plaatsvinden. De onderzoekers bekijken systematisch alle invloeden, verrichten nauwkeurige metingen en maken gedetailleerde analyses. Als resultaat van dit onderzoek hebben de onderzoekers veel tools waarmee ze hun processen kunnen afstemmen en de procesinstellingen specifiek kunnen aanpassen.
Foto: Oliver Dietze