Metaal 3D-printen 101

Voor velen was de relatie tussen metaal 3D-printen en productie beperkt. Naarmate de technologie echter toegankelijker is geworden, is deze ook gebruikt in productie- en productiefaciliteiten. In deze blogpost onderzoeken we waarom bedrijven in de eerste plaats kiezen voor 3D-printen van metaal en hoe verschillende technologieën voor additieve productie van metaal werken.

Lees onze Metal Design Guide

Waarom kiezen voor additieve fabricage van metaal?

Metaal 3D-printen biedt een aantal voordelen ten opzichte van traditionele metaalbewerkingsmethoden. Eén, die alle vormen van additive manufacturing gemeen hebben, is dat de kosten per onderdeel hetzelfde zijn voor productie in kleine en grote volumes. Dit maakt kleine productieruns van op maat gemaakte onderdelen mogelijk tegen een betaalbare prijs. Een ander voordeel is dat complexiteit gratis is. Ingewikkelde componenten die duizenden kosten voor CNC en waarvoor meerdere machine-instellingen nodig zijn, kunnen met weinig moeite 3D worden geprint voor een fractie van de prijs. Dit is vooral voordelig voor metalen die moeilijk te bewerken zijn. Omdat het 3D-printproces additief is, kunnen materialen die doorgaans moeilijk te snijden zijn, zoals titanium en inconel, met veel minder inspanning worden geprint. Ten slotte kan additieve fabricage van metaal onderdelen maken die op geen enkele andere manier kunnen worden gemaakt. Dit stelt ingenieurs in staat om componenten specifieker te ontwerpen voor hun functie, niet gehinderd door de typische beperkingen van traditionele productie.‍

Hoe werkt additieve fabricage van metaal?

Er zijn veel verschillende soorten 3D-printen van metaal en, net als bij plastic printen, is elk geschikt voor verschillende productiedoelen. Het centrale idee dat ze allemaal delen, is het laag voor laag bouwen van een metalen onderdeel. Hieronder staan ​​de vier meest voorkomende soorten additieve fabricage van metaal en hoe ze werken.

Kruitbed Fusion

Printers van deze familie verdelen een fijne laag poeder gelijkmatig over een bouwplaat en smelten vervolgens selectief een dwarsdoorsnede van het onderdeel op elke laag. Sommige technologieën waarvan u in deze categorie misschien hebt gehoord, zijn Selective Laser Melting (SLM), Direct Metal Laser Sintering (DMLS) en Electron Beam Melting (EBM).

Een voordeel van poederbedfusiemethoden is dat ze zeer hoge resoluties kunnen bereiken, wat gunstig is voor kleine of preciezere onderdelen. Het nadeel is dat deze machines (zodra rekening wordt gehouden met upgrades van de faciliteiten en apparatuur voor nabewerking) meer dan $ 1 miljoen USD kosten. Bovendien moeten gebruikers extra voorzorgsmaatregelen nemen omdat ze direct met gevaarlijke metaalpoeders werken.

Directe energiedepositie (DED)

DED-processen omvatten het afzetten en samensmelten van metalen grondstoffen van een printkop om de lagen van een onderdeel op te bouwen. DED-machines omvatten Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM) en Laser Material Deposition (LMD).

DED-machines zijn geweldig voor zeer grote onderdelen en, omdat ze geen metaalpoeder gebruiken, vereisen ze niet dezelfde voorzorgsmaatregelen als op poeder gebaseerde technologieën. Nadeel is dat deze printers meestal een lagere resolutie hebben en net zo duur zijn als hun tegenhangers met poederbed.

Binder Jetting

Net als bij poederbedfusie verspreiden deze printers lagen metaalpoeder, maar in plaats van te sinteren met een laser, geven ze een bindmiddel af op elke laag. Hierdoor ontstaat een loszittend metalen onderdeel dat vervolgens in een oven wordt gesinterd om een ​​definitief metalen onderdeel op te leveren. Sinteren smelt het bindmiddel weg en verwarmt het poeder gelijkmatig tot net onder het smeltpunt, waardoor het onderdeel samensmelt tot het uiteindelijke metalen onderdeel.

Binder jet-technologie is voordelig omdat het veel sneller precieze onderdelen kan maken dan andere methoden. Er kunnen tientallen onderdelen tegelijk worden geprint en vervolgens worden gesinterd in een grote oven, waardoor 3D-printen op productieniveau mogelijk is. Net als bij poederbedfusiemethoden is het stralen van bindmiddelen erg duur en heeft het een hoge toetredingsdrempel:systemen kosten meer dan $ 1 miljoen en vereisen speciale stappen om metaalpoeder te verwerken.

Gebonden poederextrusie

Deze nieuwe vorm van metaal AM, en de methode die wordt gebruikt door de Markforged Metal X, maakt gebruik van metaalpoeders gebonden in een wasachtig polymeer om onderdelen te maken. Dit metaal-kunststofmengsel wordt gesmolten en geprint via een mondstuk, vergelijkbaar met FFF 3D-printen. Daarna, om de niet-metalen deeltjes te verwijderen en de uiteindelijke metalen component te produceren, wordt dit "groene" deel gewassen in een oplosmiddel en gesinterd in een speciale oven, vergelijkbaar met bindmiddelstralen.

Gebonden poederextrusie is aanzienlijk goedkoper dan de andere opties en kost minder dan $ 200.000. Het is ook veel veiliger en gebruiksvriendelijker; het poeder is niet langer gevaarlijk wanneer het in het filament is gebonden. Een nadeel is dat het langer kan duren om onderdelen te maken vanwege het proces dat uit meerdere stappen bestaat.

Additieve fabricage van metaal is geëvolueerd naar een diverse reeks processen, met voordelen die geen enkele andere fabricagemethode kan bieden. Aangezien de prijs van systemen blijft dalen, is het slechts een kwestie van tijd voordat metalen 3D-printers een algemeen productiehulpmiddel worden. Bekijk onze casestudy's om meer te weten te komen over bedrijven die al profiteren van de productie van metalen additieven.