3D-printen van edele metalen – Een nieuwe grens in additieve productie

Volgens een recente SmarTech-analyse wordt de additieve-productiemarkt voor edele metaalmaterialen verwacht $250 miljoen te bereiken tegen 2028. Hoewel nog opkomend, herschikt 3D-printen van goud, zilver en platina al hoogwaardige, laag-volume sectoren die ongekende customisatie en ontwerpvrijheid eisen – met name in sieraden, horlogerie, tandheelkunde en elektronica.

In dit artikel verkennen we hoe 3D-printen met edele metalen werkt, de huidige beperkingen en de potentiële evolutie van de toepassingen.

Directe vs. Indirecte Productie

Fabrikanten kiezen typisch tussen twee benaderingen: indirecte en directe 3D-printen.

Indirecte productie gebruikt een 3D-geprint waspatroon (meestal geproduceerd door stereolithografie, SLA) als gietvorm in een lost-wax gietproces. Het patroon wordt gecoat in een refractair materiaal, gebakken om de was te verwijderen, en vervolgens gevuld met gesmolten edelmetaal. Deze methode bespaart de ambachtsman tijd terwijl nog steeds ingewikkelde, maatwerk ontwerpen toestaat.

Directe productie bouwt het eindonderdeel direct vanuit een CAD-bestand, typisch met Direct Metal Laser Sintering (DMLS) of Material Jetting. Het afgeronde onderdeel komt uit de printer zonder de noodzaak voor post-processing gietvormen.

Directe productie in detail

Direct 3D-printen van edele metalen is nog nascendo vergeleken met indirecte methoden. De belangrijkste struikelblokken zijn de hoge kosten van onderzoek, de reflecterende en thermisch geleidende aard van goud en zilver, en de moeilijkheid om volledige fusie te bereiken met conventionele AM-lasers. Niettemin, een handvol geavanceerde systemen overwinnen deze uitdagingen nu.

Marktklaar machines

EOS, in partnerschap met het VK-gebaseerde Cooksongold, lanceerde de EOS PRECIOUS M 080 in 2014. Dit systeem accepteert een breed spectrum edelmetaalpoeders – goud, zilver, platina, palladium – en andere legeringen. Sieradenmerk Boltenstern benutte de machine om de "Embrace" collectie in goud en platina te produceren, bereikend ongekende niveaus van customisatie.

Italiaanse fabrikant Sisma introduceerde de mysint100 in 2014, capabel van het verwerken van brons, goud en andere edelmetaallegeringen. De grotere mysint300 volgde in 2016, gericht op kleine series en middelgrote componenten.

Platina printen

Platina's hoge smeltpunt en reactiviteit maken het moeilijk te gieten. DMLS biedt een schonere alternatief, bereikend dichtheden boven 99,9% – een significante verbetering ten opzichte van de 99,2% typisch voor gegoten onderdelen, volgens Cooksongold.

Toepassingen in tandheelkunde

Tandheelkundige restauraties – kronen, inlays en onlays – profiteren van de mogelijkheid om volledig dichte, maatwerk componenten on-demand te produceren. Argen, een leider in tandheelkundige digitale technologie, gebruikt Concept Laser machines om edele en niet-edele legeringen te printen, wat maatwerk gebitten met hoge precisie levert.

Elektronica en geprinte geleiders

Material Jetting verschilt van DMLS door fijne druppels geleidende inkt – vaak zilver of goud – laag voor laag te depositeren, en vervolgens te verharden met UV-licht. Dit proces stelt de creatie van antennes, PCBs, sensoren en andere elektronische componenten in staat.

Israëlisch bedrijf Nano Dimensions was pionier met zijn DragonFly 2020 Pro, capabel van gelijktijdige depositie van geleidende en dielectrische inkt. VS-bedrijf Optomec's Aerosol Jet HD breidt het palet verder uit, gebruikmakend van geaërosoliseerde zilver, goud, koper en platina inkt om weerstanden, antennes en rekensensoren te printen. Onderzoekers van Carnegie Mellon University hebben hoge-temperatuur rekensensoren gedemonstreerd gemaakt met zilver nanoparticles die commerciële tegenhangers overtreffen, wat deuren opent voor luchtvaart- en nucleaire toepassingen.

Toekomstperspectief

Hoewel indirect printen de dominante methode blijft voor edele metalen, verschuift de industrie geleidelijk naar directe AM naarmate apparatuur betaalbaarder wordt en poeder/inkt-chemieën rijpen. We verwerven een opschaling in direct geprinte sieraden en tandheelkundige producten, gedreven door consumentenverlang naar customisatie en snelle turnaround. In elektronica kan de voortgezette ontwikkeling van metaalinkt een nieuwe era van geprinte sensoren en antennes inluiden, wat het Internet of Things versnelt.