Het minimaliseren van materiaalverspilling in SLS-processen

Een van de belangrijkste voordelen van additieve fabricagetechnieken ten opzichte van traditionele machinale bewerking is de drastische vermindering van materiaalverspilling tijdens het productieproces. Dit resulteert niet alleen in tastbare kostenbesparingen, het helpt ook om een ​​sterke pleidooi te houden voor additive manufacturing als een echt duurzame, kosteneffectieve technologie. Selectieve lasersintermethoden (SLS) zijn in dit opzicht bijzonder aantrekkelijk, dankzij de mogelijkheid om afvalmateriaal aan het einde van een oplage opnieuw te gebruiken - een mogelijkheid om de materiaalkosten drastisch te verlagen. Zodra het printen is voltooid, kan al het overgebleven materiaal in het poederbed eenvoudig worden verzameld en hergebruikt in het volgende project, waardoor materiaalverspilling in theorie volledig zou moeten worden geëlimineerd. In de praktijk is het 'upcycling'-proces echter niet zo eenvoudig als dat...

Het is belangrijk om te beseffen dat (op het moment van schrijven) het simpelweg verzamelen en hergebruiken van overgebleven poeder bij bepaalde materialen niet haalbaar is. Zo zijn de hout-polymeercomposieten die momenteel beschikbaar zijn om te printen, beperkt door hun materiaalkwaliteit en zuiverheid, en zullen ze niet geschikt zijn voor recycling totdat technologie voor materiaalscheiding beschikbaar komt. Soortgelijke problemen doen zich voor met een aantal veelgebruikte metaalpoeders, waarbij de bijproducten van het SLS-proces mogelijk de chemische kwaliteit van het resterende poeder kunnen beïnvloeden. Ook zullen er, zelfs met het hoogste niveau van precisie tijdens het sinterproces, onvermijdelijk extra deeltjes in het poederbed zijn die samensmelten zonder aan het onderdeel te hechten, wat de grootteverdeling van het materiaal beïnvloedt en dus leidt tot inconsistenties als het opnieuw wordt gebruikt.

Er zijn ook zorgen over de vraag of het recyclingproces een effect kan hebben op de mechanische eigenschappen van materialen (zowel metalen als kunststoffen) en dus van invloed kan zijn op hun bruikbaarheid in toekomstige constructies, vooral wanneer AM wordt gebruikt voor productie in plaats van prototyping. Er is doorlopend academisch onderzoek naar dit gebied en de mogelijke impact ervan op zowel de duurzaamheid als de kosten van additive manufacturing. Met name voor industrieën zoals de lucht- en ruimtevaart, waar de grondstoffen die worden gebruikt voor additieve fabricage vrij duur zijn en bedrukte onderdelen moeten worden geleverd volgens de meest nauwkeurige specificaties, zou de mogelijkheid om ongebruikte grondstoffen te recyclen zonder enig effect op de mechanische eigenschappen ervan de businesscase voor AM als productietool.

In het licht hiervan zijn een aantal bedrijven begonnen met het onderzoeken van manieren om deze problemen voor SLS en andere processen op te lossen, zodat zoveel mogelijk overgebleven poeder kan worden gerecycled. Er kan bijvoorbeeld een gasstroom in de printer worden opgenomen om eventuele bijproducten die tijdens het sinterproces ontstaan, eruit te filteren. Nadat het printen is voltooid, kan het resterende materiaal automatisch worden gezeefd, zodat alle deeltjes die zijn samengesmolten worden verwijderd en de deeltjesgrootteverdeling consistent blijft. Evenzo hebben bepaalde SLS-machines, zoals de Renishaw AM250, een afgedicht platform dat vocht, stikstof en zuurstof verwijdert tijdens het printen om eventuele chemische veranderingen in het poederbed te minimaliseren.

De uitdaging hierbij is dat de daadwerkelijke hoeveelheid overgebleven materiaal die na het printen kan worden hergebruikt sterk zal variëren, afhankelijk van de materiaalkeuze, het printermodel en de specifieke AM-techniek die wordt gebruikt. In extreme gevallen (zoals bij het gebruik van machines die geen van de hierboven beschreven maatregelen hebben), is het mogelijk dat geen enkel materiaal recyclebaar is. Dit moet worden overwogen voordat u in een nieuwe 3D-printer investeert, vooral als de lopende materiaalkosten een grote zorg zijn. In combinatie met een doordachte volumeverpakking en productieplanning, zal een effectieve benadering van het minimaliseren van materiaalverspilling de totale kosten van additive manufacturing helpen verlagen en meer vooruitstrevende bedrijven aanmoedigen om het gebruik ervan als productietool te onderzoeken.