5 soorten processen voor 3D-printen in metaal en de bijbehorende materialen

3D-printen in metaal, of additieve productie, heeft de productie- en prototypingsector getransformeerd doordat complexe, hoogwaardige metalen onderdelen kunnen worden gemaakt. Anders dan traditionele methoden, waarbij materiaal wordt weggesneden, bouwt 3D-printen in metaal onderdelen laag voor laag op, wat meer precisie en ontwerpvrijheid mogelijk maakt. Dankzij de vele beschikbare processen voor 3D-printen in metaal kunnen bedrijven nu metalen onderdelen en componenten op maat produceren voor sectoren van de lucht- en ruimtevaart tot de automobielindustrie. In dit artikel bespreken we vijf gangbare soorten processen voor 3D-printen in metaal en de materialen die bij elk proces worden gebruikt.

1. Selective Laser Melting (SLM)

Selective Laser Melting is een van de populairste methoden binnen 3D-printen in metaal. Daarbij wordt metaalpoeder met een krachtige laser gesmolten om het eindproduct laag voor laag op te bouwen. SLM levert zeer gedetailleerde, sterke onderdelen met indrukwekkende mechanische prestaties.

Materialen: Met SLM worden veel metalen gebruikt, waaronder titaniumlegeringen, roestvast staal, aluminium en Inconel. Deze metaalpoeders combineren een uitstekende sterkte-gewichtsverhouding met een hoge temperatuurbestendigheid, waardoor ze ideaal zijn voor de lucht- en ruimtevaart en de automobielindustrie.

SLM is bij uitstek geschikt voor 3D-printen in metaal op maat, omdat het complexe geometrieën mogelijk maakt die met conventionele productietechnieken te moeilijk of zelfs onmogelijk te realiseren zijn. Hebt u specifieke onderdelen nodig, dan is SLM dus een aantrekkelijke oplossing: het beperkt de gereedschapskosten en verkort de time-to-market.

2. Electron Beam Melting (EBM)

EBM of Electron Beam Melting is een poederbedfusieproces dat vergelijkbaar is met SLM, maar waarbij het metaalpoeder niet met een laser, maar met een elektronenbundel wordt gesmolten. Dit proces wordt vooral gebruikt voor de productie van onderdelen in de lucht- en ruimtevaart, de medische sector en defensie, omdat er dichte, hoogwaardige onderdelen mee kunnen worden gemaakt.

Materialen: EBM wordt doorgaans gebruikt voor titaniumlegeringen zoals Ti-6Al-4V, die de voorkeur genieten vanwege hun sterkte, lage gewicht en biocompatibiliteit. Daardoor kan het bijzonder nuttig zijn bij bewerking op maat van onderdelen waarvoor titanium vanwege zijn bijzondere eigenschappen nodig is. Onderdelen die met een elektronenbundel worden gemaakt, hebben een hoge dichtheid en zijn vrij van oxidatie, wat de sterkte verhoogt, omdat de energierijke elektronenbundel in vacuüm werkt. Een bijkomend voordeel van productie met EBM zijn de lagere restspanningen, die in de zware industrie van groot belang zijn.

3. Direct Energy Deposition (DED)

De term Direct Energy Deposition (DED) verwijst naar een vorm van 3D-printen in metaal waarbij metalen grondstof met een gerichte energiebron, zoals een laser of elektronenbundel, op een substraat wordt gesmolten. Dit proces geldt als uiterst flexibel, zodat onderdelen sterk kunnen worden aangepast, gerepareerd of gewijzigd.

Materialen: Met DED kunnen diverse materialen worden verwerkt, waaronder roestvast staal, titaniumlegeringen, Inconel en kobalt-chroomlegeringen. Deze materialen worden vaak gekozen vanwege hun corrosie- en hittebestendigheid en hun mechanische eigenschappen.

Daarnaast wordt DED vaak ingezet voor bewerking op maat, omdat het materiaal toevoegt aan bestaande componenten voor reparaties en/of ontwerpwijzigingen, zodat volledige herproductie niet nodig is.

4. Binder Jetting

Binder Jetting is een proces voor 3D-printen in metaal waarbij een vloeibaar bindmiddel selectief op metaalpoeder wordt aangebracht om een onderdeel te vormen. Nadat het volledige onderdeel is geprint, wordt het in een oven gesinterd, zodat de metaaldeeltjes samensmelten tot een massieve structuur. Het wordt meestal gebruikt voor kleine tot middelgrote series.

Materialen: Enkele van de meest gebruikte materialen voor Binder Jetting zijn roestvast staal, koper en gereedschapsstaal. De materiaalkeuze wordt vaak bepaald door de behoefte aan minder zwaar belaste, maar sterke en duurzame componenten onder hoge belastingen.

Een voordeel van Binder Jetting bij 3D-printdiensten in metaal is bijvoorbeeld dat er onderdelen met complexe geometrieën mee kunnen worden geprint. Daardoor hoeven bedrijven niet het hele traject te doorlopen om onderdelen op maat te laten maken voor kleine prototypeseries of lage productievolumes.

5. Metaalextrusie (Fused Deposition Modeling voor metaal)

Metaalextrusie of Metal Fused Deposition Modeling (FDM) werkt hetzelfde als het gewone FDM met kunststof, alleen worden in plaats van thermoplastische filamenten metaalfilamenten gebruikt. Deze filamenten bestaan uit een mengsel van metaalpoeders en bindmiddelen en worden laag voor laag door een verwarmd mondstuk geëxtrudeerd om het gewenste onderdeel te vormen.

Materialen: Metaalextrusie is mogelijk met verschillende materialen, zoals roestvast staal, brons en aluminium. De materialen zijn vaak een compromis tussen de eisen aan het onderdeel (sterkte, taaiheid en kosten). Deze methode wordt vaak gebruikt voor 3D-printen in metaal op maat in kleine aantallen of voor onderdelen die nog worden nabewerkt. Metaalextrusie maakt ook productie op grote schaal mogelijk, waardoor het een flexibele keuze is voor bedrijven die 3D-printdiensten in metaal aanbieden.

Conclusie

SLM, EBM, DED, Binder Jetting en metaalextrusie verwerken allemaal metalen voor 3D-toepassingen, maar elk proces heeft zijn eigen voordelen, afhankelijk van de materiaaleigenschappen, de complexiteit van de onderdelen en de eindtoepassing. Wilt u bewerkte onderdelen op maat produceren voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie of de medische sector, dan blijkt 3D-printen in metaal inmiddels de flexibiliteit en hoge precisie te bieden die van moderne productie wordt verwacht. Neem contact met ons op voor de juiste 3D-printmethode en het juiste materiaal om hoogwaardige onderdelen voor uw specifieke toepassingen te produceren.