12/10/2018
Door Ad Spijkers
In de productietechniek zijn harde gereedschappen nodig, die via poederpersen worden vervaardigd. Onderzoekers aan het Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Dresden hebben de 3D printmethode FFF geschikt gemaakt voor hardmetalen.
Met conventioneel poederpersen wordt weliswaar een hoge hardheid bereikt, maar er is een bewerkelijke en dure nabewerking nodig. Additieve methoden maken complexe geometrieën van hartmetalen gereedschappen mogelijk, maar ze hebben tot nu toe hun beperkingen qua hardheid en onderdeelgrootte. De ontwikkeling aan het Fraunhofer-IKTS voldoet voor het eerst aan alle eisen voor toepassing in bewerkingsgereedschappen.
Hardmetalen
Hardmetalen bestaan uit de metallische bindmiddelen nikkel (Ni) of kobalt (Co) en de harde stof wolframcarbide(WC) Uit deze materialen werden tot nu toe al betrouwbare gereedschappen voor snijden, boren, persen en ponsen geëxtrudeerd, gespuitgiet of via uniaxiaal respectievelijk koud-isostatisch poederpersen vervaardigd. Complexe of specifieke geometrieën zijn met deze methoden ondanks dure nabewerking echter maar moeizaam of helemaal niet te realiseren.
Additieve methoden bieden hier uitkomst. Het 3D poederprinten (binder jetting) en het thermoplastische 3D-printen (3DTP) werden bij het IKTS al met succes met geselecteerde hardmetalen gebruikt. Maar bij deze methoden zijn er, behalve voor de instelling van het bindmiddelgehalte en de resulterende hardheid, ook grenzen aan de onderdeelgrootte.
Hardere gereedschappen via FFF
De uit de kunststofverwerkende industrie afkomstige productiemethode Fused Filament Fabrication (FFF) is door het IKTS geschikt gemaakt voor keramische materialen en composieten. Dankzij FFF, dat efficiënt met materiaal omgaan, ontstaan ook voor hardmetalen interessante mogelijkheden voor het maken van grote complexe prototypen of speciale gereedschappen.
Bij FFF worden 3D-objecten opgebouwd uit een flexibel smeltbaar filament. Fraunhofer-IKTS beschikt al decennia over uitgebreide competentie over poedermetallurgie, waardoor het gelukt is het voor FFF noodzakelijke filament uit hardmetaalpoeders met organische bindmiddelen te produceren. Afhankelijk van het materiaalgrensvlak kunnen via gereduceerde korrelgrootte en bindmiddelgehalte de hardheid, druk- en buigvastheid van hardmetalen doelgericht worden verbeterd. De filamenten kunnen als halffabrikaat in standaard printers worden gebruikt en maken het mogelijk hardmetalen met een zeer laag bindmiddelgehalte (niet meer dan 8%) en met de fijnste korrelgrootte (< 0,8 µm) tot extreem harde onderdelen tot 1700 HV10 te comprimeren.
Het IKTS ondersteunt producenten en gebruikers van hardmetalen gereedschappen bij de keuze van geschikte materialen en bij de productspecifieke verdere ontwikkeling van verschillende 3D printmethoden.
(Foto: Fraunhofer-IKTS)