Metaalprinten: van proberen naar weten

Vergeet frezen of gieten: metaalprinten heeft de toekomst. Het biedt meer mogelijkheden dan de traditionele methoden, is effectiever en niet onbelangrijk: duurzamer. Maar hoe kom je tot de meest optimale materialen voor een specifiek product? Binnen het Materialen Transitie Programma (MTP) wordt gewerkt aan diverse projecten, waaronder Materials for Additive Manufacturing. Hier staat het printen van metaal centraal.

 

‘Additive Manufacturing geeft metaal vormvrijheid’, vertelt Edwin van den Eijnden van TNO. ‘Je bouwt hiermee het metalen product laagje voor laagje op. Dat begint met het neerleggen van één poederlaag. Met een laser wordt die laag selectief aan elkaar gesmolten. Vervolgens leg je daar de volgende laag op. Op die manier kun je objecten maken die holtes hebben waar je met een frees niet kunt komen, en die ook met gieten onmogelijk te maken zijn.’

 

Verschillende parameters

Materials for Additive Manufacturing is een publiek-private samenwerking tussen 9 industriële partijen, 2 universiteiten, TNO en NLR. Binnen dit project werken fabrikanten, onderzoekers en serviceproviders samen, met als doel om tot een specifieke systematiek te komen. ‘Als je een nieuw poeder gebruikt bij deze techniek, heb je veel parameters die je in moet stellen om tot een optimaal product te komen. Denk aan de laagdiktes van het poeder, de laserintensiteit, de samenstelling van het poeder. Je hebt zoveel mogelijkheden. Bij de start van het programma was daar geen systematiek voor, het was vaak trial-and-error. Bovendien wist je bij het uiteindelijke gebruik nog steeds niet of dit nu wel de optimale instellingen waren.’

 

AM1

 

 

 

Fig.1 Onderzoek invloed van scanpatroon op interne spanning in het product

 

AM2

AM3

 

Fig.2 Onderzoek warmteopbouw product tijdens het printen afhankelijk van de productgeometrie

 

Er komen steeds meer verschillende metaalpoeders bij. Omdat je die niet allemaal via trail-and-error kunt testen, zijn de organisaties op zoek gegaan naar een algehele systematiek voor de parameterinstelling. ‘Als die parametersetting goed is, heb je een minder duur nabehandelingsproces nodig’, legt Van den Eijnden uit. ‘Dat scheelt enorm in de kosten.’

 

Bijna 100% dichtheid

Tijdens het programma is voor drie verschillende poeders de optimale parametersetting bepaald. Een daarvan was Ti6Al4V (titanium), omdat dit voor veel gebruikers interessant is. Van den Eijnden: ‘Hierbij kijk je hoe broos is het materiaal, hoe breekt het? De aanwezigheid van luchtpockets probeer je zoveel mogelijk te voorkomen, dat kan een kiem zijn voor een breuk. Die luchtpockets kunnen we nog niet helemaal voorkomen. Maar waar we eerst op 97% dichtheid zaten, is dat nu gestegen tot ongeveer 99,9%.’

 

Interesse vanuit de vliegtuigindustrie

De metaalprinttechniek is niet nieuw, het bestaat al enige tijd. Nu worden er echter functionele producten mee gemaakt, in plaats van alleen prototypes. En dat heeft de aandacht gewekt van de industrie. ‘Met name voor de luchtvaart is dit een interessante ontwikkeling. Denk bijvoorbeeld aan de riemgespen in een vliegtuig. Die kun je op een heel andere manier ontwerpen, waardoor ze minder dan de helft wegen. Dat klinkt misschien als iets heel kleins, maar elke kilo die je kunt besparen in een vliegtuig geeft een zeer grote brandstofbesparing over de levensduur van een vliegtuig. Dan wordt het dus al snel interessant.’

 

Het combineren van onderdelen in een vliegtuig maken deze techniek nog boeiender. ‘Een van de trekkers op het gebied van metaal Additive Manufacturing maakt turbines voor vliegtuigen’, vertelt Van den Eijnden. ‘Het brandstofinspuitpunt van de turbine bestaat uit vele losse onderdelen. Met Additive Manufacturing kun je de grens tussen de componenten anders leggen, waardoor je veel minder losse onderdelen nodig hebt voor dezelfde functie. Dat bespaart geld en is bovendien nog betrouwbaarder ook, want er hoeven minder verschillende onderdelen met elkaar verbonden te worden. De kans dat iets kapot gaat of gaat lekken wordt hierdoor kleiner. En dat is dan een unique sellingpoint van de techniek. Metaalprinten op zich is zeker niet goedkoop, maar sommige producten zijn zo ingewikkeld om te maken, dat het gebruik van Additive Manufacturing in verhouding goedkoop is.’

 

Financiering

Het doel van TNO in dit onderzoek is niet zozeer om nieuwe producten te maken, legt Van den Eijnden uit. ‘Daar zijn de partners in deze samenwerking voor. Wij werken aan systematisch procesonderzoek, waarmee we een aantal problemen van de industrie oplossen.’

 

Een deel van de financiering voor dit project is daarom afkomstig uit de industrie. Elk van de negen partners, TNO en NLR hebben meebetaald. Daarnaast kunnen de organisaties rekenen op een PPS-toeslag. Met deze toeslag stimuleert de overheid industrie en onderzoeksorganisaties tot het doen van gezamenlijk onderzoek. Voor de hightechsector is uitvoering van deze regeling belegd bij Holland High Tech (ook wel TKI HTSM). De toeslag houdt in dat de overheid een financiële bijdrage aan het project levert ter hoogte van 25% van het budget dat de industriepartijen gezamenlijk inleggen. Daarnaast kon dit programma rekenen op een eenmalige Transitie Materialen-vergoeding vanuit het ministerie van Economische Zaken.

 

Vervolgtraject

‘We denken al na over een vervolgtraject. Hierbij kan niet meer gebruikgemaakt worden van de Transitie Materialen-vergoeding. De afweging daarbij is of de bijdrage vanuit de industrie zelf omhoog moet, of dat TNO en NLR bijvoorbeeld meer moeten inleggen. Het lastige is dat er regelmatig een gat zit tussen wat de industrie wil betalen en wat TNO kan bijleggen. Voor dit project is dat in ieder geval gelukt. We waren dan ook erg blij met de PPS-toeslag. Nu gaan we kijken hoe we dit een volgende keer kunnen aanpakken.’

Naar overzicht
Delen:
TwitterLinkedIn