Vergelijking 3D-geprint metaalproductie: Lost Wax Casting vs Direct Metal Laser Sintering (DMLS)

De wereld van het produceren van prototypes in metaallegeringen en kleine series productie heeft veel gevorderd dankzij 3D-printtechnologie. Echter, er zijn enkele traditionele technieken die niet verdwenen zijn, maar geëvolueerd zijn.

Dit is het geval van de verloren was gieterei, een eeuwenoude techniek die geëvolueerd is van het moeten maken van een originele was op een meer of minder ambachtelijke manier, tot het maken van lichte wasmatten en in staat te zijn om korte series te produceren, tot uiteindelijk in staat te zijn om stukken in 3D-harsprinters te produceren, zoals Form 2 en de Castable hars, of FDM 3D-printers met gespecialiseerde materialen voor verloren was (MoldLay) die de markt hebben gerevolutioneerd zoals PolyCast, dankzij zijn hoge precisie en uitstekende oppervlakteafwerking.

Terug naar de beginjaren van 3D-printen, vinden we PLA, een goedkoop materiaal dat door bijna alle 3D-printers gebruikt wordt, inclusief domestische printers, in staat om het originele stuk te produceren dat vervolgens in een massa zand en binder wordt geïntroduceerd om een mol te vormen wanneer het in de oven wordt verhit.

Enkele jaren geleden (2015), toen deze techniek nog niet in algemeen gebruik was, vroeg ennomotive, een innovatieplatform met een wereldwijde gemeenschap van ingenieurs, hen, op verzoek van een klant, om een innovatieve, snellere en goedkopere oplossing voor te stellen om hun prototypes in titaniumlegeringen voor de luchtvaartwereld te maken, en zo mogelijk ook korte series te produceren, volledig functioneel, zonder de economische kosten en tijd die het traditionele proces van het maken van metalen matten voor injectie of gieten van stukken inhield.

Op dat moment stelde een van de ingenieurs van de gemeenschap, uit de Gazastrook, die zijn ingenieursstudies in de VS had ontwikkeld en wiens eindproject over deze techniek van 3D-printen in PLA en produceren met de methode van verloren was ging, dit voor als oplossing. Hij kende de voordelen ervan heel goed.

De klant, ongelovig voor een oplossing die hem maanden en veel duizenden euro's bespaarde, en die niet gebruikt of voorgesteld was door enige van de duizenden ingenieurs die het bedrijf had, merkte op: "Voldoet het zo geproduceerde stuk aan de strenge luchtvaartnormen?" Het antwoord was verwoestend: "Ja, en er zijn ook die beginnen het te gebruiken, en we kunnen je in contact brengen met wie het kan maken, het duurt 3 dagen meer voor transport".

Op dat moment konden 3D-printers die metalen delen konden maken dit nog maar met een paar legeringen, ze haalden de benodigde afwerkingen niet, noch dezelfde technische specificaties van een stuk gemaakt door gieten (en centrifugatie, of vacuüm indien nodig), naast langzaam en duur te zijn.

Maar de technologie blijft evolueren, en de technische eigenschappen van de geproduceerde stukken zijn verbeterd, evenals hun kosten en het aantal beschikbare legeringen. Echter, de technologie van verloren was is nog steeds volledig actueel en evolueert gebaseerd op 3D-printen FDM, dus hoewel de DMLS-technologie veel gevorderd is, wat zou nu de aanbeveling van de ingenieurs van de gemeenschap zijn als ze opnieuw zouden vragen op ennomotive.com?

Het antwoord is dat het varieert, en heel veel, volgens het stuk, technische eisen, dimensionaal, materialen, etc., en het kan goed gebeuren dat de evolutie van productiemethoden, sommige ingenieurs aanbevelen: "Wijzig het ontwerp" of "Verander materialen", zoals ze de eerste keer deden, vraag waarom dit stuk in een titaniumlegering gemaakt was en niet in een soort hars die aan de gevraagde technische specificaties kon voldoen.

Daarom zijn er een reeks aanbevelingen bij het kiezen van productietechnologie, maar het is het expert oog van de ontwerpingenieur, die deze technieken goed kent (en let op want ze verbeteren elke dag) wat het beste combinatie van kwaliteit/prijs kan bereiken.

• Op dit moment bereiken de twee technieken zeer vergelijkbare oppervlakteafwerkingen, waarbij de ene of de ander uitblinkt afhankelijk van de kwaliteit van het proces en het materiaal. Er zijn bijvoorbeeld DMLS-printers die grote oppervlaktekwaliteit bieden, maar er zijn ook filamenten voor 3D FDM-printen (PolyCast) die een volledig gladde afwerking verkrijgen.
• Net als bij de oppervlakteafwerking, is de discussie bij de geometrische precisie tamelijk gelijk, het waar is dat met DMLS-technologie eindstukken met een grotere nauwkeurigheid van 0,1mm±0,3% bereikt worden.
• Wat betreft afmetingen, kunnen grote stukken geprint worden met verloren was, van 2 m bijvoorbeeld, terwijl met DMLS ze meestal kleiner zijn, hoewel ze later samengevoegd kunnen worden, de benodigde grootte bereikend.
• Waar verloren was voordeel haalt, is het mogelijk om het gewenste materiaal te kiezen, zonder limieten, terwijl de catalogus van materialen voor DMLS, hoewel toenemend, beperkt is.
• Integenstelling, DMLS-technologie stelt complexere geometrische vormen toe (bijvoorbeeld interne structuren) en dunne wanden, wat niet toegestaan is door de verloren was technologie, die complexe geometrieën toestaat maar met een limiet.
• DMLS stelt het printen van verschillende componenten tegelijkertijd toe, geïntegreerd in hetzelfde stuk (hoewel dit niet het geval was).
• Maar als je op snelheid en kosten let, wat fundamenteel is voor de industrie, is op dit moment het gunstig voor verloren wat, weshalb het nog steeds wijd gebruikt wordt in de luchtvaartindustrie; Hoewel de snelle vooruitgang van DMLS-technologie het dichterbij brengt en elke dag meer in de industrie gebruikt wordt.

Dus in het bovenstaande stuk, aangezien de geometrie niet te gecompliceerd was, en het materiaal een speciale legering was, voor de productie van korte series, zou waarschijnlijk opnieuw gekozen worden voor verloren was, vooral nu er materialen voor 3D-printen FDM zijn als PolyCast, een filament exclusief ontwikkeld voor de productie door verloren was. Hoewel op het moment dat je dit artikel leest, de tabellen misschien veranderd zijn. Zullen we de ingenieursgemeenschap opnieuw vragen? Of zullen we op de hoogte blijven van het laatste in 3D-printen?

De ontwikkeling van materialen en technologieën is zo snel dat ze een oplossing die vandaag als geldig geaccepteerd wordt, in minder dan 5 jaar verouderd maken. Het frenetische tempo van vooruitgang in additieve productie is onstuitbaar.

Artikel in samenwerking met ennomotive.