30/01/2018
Door Ad Spijkers
Een onderzoeker aan de Universität Kassel is het met behulp van additive manufacturing gelukt een staallegering te verwerken, die een buitengewoon hoge tolerantie voor schade heeft en in de toekomst 3D geprinte producten veiliger en betrouwbaarder maakt.
Het printen van high performance stalen componenten voor de automobieltechniek en de lucht- en ruimtevaart is met de nieuwe legering een stap dichterbij gekomen. Staallegeringen worden weliswaar al gebruikt voor additieve productiemethoden, maar een nieuw uitgangsmateriaal in combinatie met de elektronenstraal-printmethode zou een in velerlei opzichten duidelijk hogere kwaliteit opleveren en het gebruik ervan in veel toepassingsgebieden zinvol maken.
De door de Deutsche Forschungsgemeinschaft gesubsidieerde Emmy-Noether-Forschungsgruppe heeft de legering en het proces samen met collega’s van de TU Bergakademie Freiberg ontwikkeld. Voor de ontwikkeling van hun nieuwe materiaal volgden de onderzoeker een tot nu toe niet gevolgde weg. Ze gebruiken als basis een zogeheten TRIP-staallegering, die op grond van bijzondere vervormingsmechanismen een uitstekende standvastheid vertoont. De in het elektronenstraal-printproces beschikbare warmte zetten ze daarbij zodanig in, dat de tot nu toe vaak problematische onvoorspelbaarheid van de materiaaleigenschappen wordt vermeden. Het resultaat is een betere inwendige materiaalstructuur in het eindproduct, waardoor dit is beschermd tegen onverwachte breuken en andere mogelijke schaden.
Toepassingen en vooruitzichten
Toepassingen in onder meer de lucht- en ruimtevaart en in de automobieltechniek, momenteel de drijfveren achter de technologische ontwikkeling van het 3D-printen, zullen hier aanzienlijk van kunnen profiteren. Volgens de onderzoekers zal het 3D-printen van metaal op de deze basis nieuwe sectoren ontsluiten. De additieve methode zou met name geschikt zijn voor complexe kleine onderdelen. De onderzoekers zien in het 3D-printen van metaal een groot potentieel voor de Duitse economie. Producenten bij onze oosterburen zijn al ver bij de productie van metaalpoeders en het maken van systemen voor 3D-lasersmelten. Wereldwijd domineren tot nu toe titaniumlegeringen het 3D-printen van metalen. In vergelijking met de titanium-producten hoeven de met de nieuwe methode gedrukte onderdelen uit staal echter niet moeizaam te worden nabewerkt, was ze in de productie duidelijk goedkoper maakt.
Bij het 3D-printen van metaal worden producten in micrometer dunne lagen additief opgebouwd. Daarvoor wordt metaalpoeder door een elektronenstraal, laser of andere hittebron gesmolten. Door deze methode zijn zeer filigrane, complexe en tegelijkertijd belastbare structuren mogelijk. De zoektocht naar nieuwe voor 3D-printen geschikte materialen en methoden behoort tot de onderzoekszwaartepunten van de Universität Kassel. Op het gebied van additive manufacturing werken de onderzoekers aan productieproces en microstructuur, de mechanische eigenschappen en de ontwikkeling van het tegengaan van beschadigingen aan producten uit de 3D-printer.