Metaal Additive Manufacturing: Belangrijke inzichten voor moderne productie

Additive manufacturing heeft de productie-industrie getransformeerd sinds haar commerciële intrede in de late 20e eeuw. Naarmate additive processen de industrie voortdurend in de storm nemen, bewegen Metal AM en talloze toepassingen van het proces naar de voorgrond van productie voor productie.

Gedreven door de vrijgave van nieuwe Metal AM machines met open materiaalplatforms en snellere printsnelheden, zijn de verkoopcijfers van Metal AM systemen aan het groeien met het segment dat een bijna 4 miljard dollar omzetkans verwacht te creëren tegen 2024. Naarmate vooruitgang in metaal additive manufacturing doorgaat, is het belangrijk om zich bewust te zijn van de voordelen van Metal AM en hoe de talloze toepassingen van het proces het gezicht van productie veranderen.

Snelle links:

• Geschiedenis van Metal Additive Manufacturing
• Metal Additive Manufacturing / 3D Print Processen
• Metal Additive Manufacturing Technieken
• Voordelen van Metal AM Technologie
• Profiteer van Additive Manufacturing in uw Californische faciliteit met CMTC

Geschiedenis van Metal Additive Manufacturing

Het additive manufacturing proces kan zijn wortels traceren naar de midden jaren 80 toen methoden voor snellere productontwikkeling werden geïntroduceerd. Oorspronkelijk rapid prototyping genoemd, was dit proces in staat om dimensionale modellen te produceren om snellere prototypes te maken om de pasvorm en functie van het model te testen.

In 1987 werd een nieuwe kunststofverwerkingstechniek bekend als Stereolithografie (SLA) gecommercialiseerd, de eerste patent in additive manufacturing. Met SLA konden fabrikanten UV-lichtgevoelige vloeibare polymeren met een laser verfijnen, 3-D modellen produceren sneller dan ooit tevoren. Deze mijlpaal in additive processen bood fabrikanten, ingenieurs en ontwerpers nieuwe mogelijkheden voor het efficiënter creëren van producten.

Begin jaren 90 werden andere polymere-gebaseerde additive manufacturing processen commercieel beschikbaar. In 1992 werd Selective Laser Sintering (SLS), dat poedermaterialen met een laser smelt tot een vast object, beschikbaar. Niet lang daarna werd metaal additive manufacturing gepatenteerd en beschikbaar voor de markt. Net als andere additive manufacturing processen, maakte deze technologie de snelle productie van metaal prototypes, producten en tools mogelijk. Terwijl de introductie van metaal additive manufacturing processen de productie van metaal delen mogelijk maakte door het sinteren van het metaalpoeder van keuze, was het eindresultaat materialen meer vergelijkbaar met composieten dan legeringen aangezien materialen met lage smeltpunten nu gecombineerd konden worden met hoge weerstands metalen, zoals roestvrij staal.

Metal Additive Manufacturing & 3D Print Processen

Het additive manufacturing proces creëert objecten door materiaal laag voor laag toe te voegen, of het nu metaal, kunststof of keramiek is. Additive manufacturing kan aanvullen, en in sommige gevallen, traditionele methoden van het creëren van objecten via bewerken, snijden, draaien, vormen, frezen, en andere "subtractieve" productieprocessen vervangen.

Om een object te maken met additive manufacturing, wordt een ontwerp gemaakt met CAD (Computer-Aided Design) software of door een scan te maken van het object dat geprint zal worden. De software kan de scan vertalen naar een precies framework voor de 3D printmachine om laag voor laag te volgen.

Metaal additive manufacturing, ook bekend als metaal 3D printen, past het additive manufacturing proces toe op uitsluitend metalen. Door metaalpoeders laag voor laag te leggen, of met een energiebron of een bindmiddel, kunnen precieze objecten worden ontworpen en geconstrueerd. Door de vooruitgang in additive manufacturing machines, kunnen objecten die nooit gecreëerd konden worden zelfs een paar jaar geleden, nu geproduceerd worden met nieuwe kracht en standaarden met een verscheidenheid aan materialen.

De brede gamma metaalpoeders beschikbaar voor additive manufacturing technieken breidt zich voortdurend uit. Enkele van de meest voorkomende metaalmaterialen omvatten roestvrij staal graden, nikkel, kobalt-chroom, titanium legeringen, en aluminium. Deze steeds toenemende reeks bouwmaterialen stelt de fabrikant in staat om het juiste materiaal te kiezen voor de exacte specificaties en verwachtingen van het object.

Metal Additive Manufacturing Technieken

Metaal additive manufacturing methoden kunnen geclassificeerd worden in welk proces gebruikt wordt om het metaal te verbinden, wat een binder, verwarmde neus, of lasers omvat. Hieronder zijn enkele van de meest voorkomende metaal additive manufacturing technieken. Afhankelijk van de toegepaste techniek, kan het resulterende geprinte deel net-shape of near-net shape zijn.

Laser-gebaseerde Poederbed Additive

Poederbed fusie (PBF) methoden gebruiken of een laser of elektronenbundel om het metaalpoeder te smelten en te smeden tot een vast object. Deze techniek omvat de volgende metaal additive manufacturing methoden: Electron beam melting (EBM), direct metal laser sintering (DMLS), selective heat sintering (SHS), en selective laser melting (SLM). Selective laser sintering (SLS) is een additionele techniek die een laser gebruikt als energiebron om poeder materialen te sinteren, hoewel polymeren, eerder dan metalen, algemeen gebruikt worden in SLS.

Ongeacht de methode, vereisen alle laser-gebaseerde poederbed technieken het spreiden van het metaalpoeder over vorige lagen, of door een roller of mes. De meest algemeen toegepaste metalen in dit additive proces zijn roestvrij staal, titanium, aluminium, staal, kobalt chroom, en koper.

Metaal Binder Jetting

Deze metaal additive manufacturing methode is vergelijkbaar met die van een tweedimensionale inktjetprinter. Metaalpoeders worden op een build platform gejet om objecten te printen met of een continue of drop-on-demand (DOD) benadering. Een vloeibare binder wordt toegepast om het poeder laag voor laag te combineren, het gewenste object bouwend. Net geprinten delen zijn initieel bros en vereisen na-verwerking sintering en infiltratie om versterkt te worden. Het eindresultaat kan door een optionele afwerkingsproces gaan waar het deel of gepolijst of geplateerd wordt met nikkel of goud.

Een van de unieke voordelen van binder jetting is de eliminatie van het smelten van metaalpoeders, wat kan leiden tot opgebouwde residuele spanningen. Het is ook een van de minst dure metaal additive manufacturing technieken.

Blad Laminatie

Deze methode verbindt bladen van materiaal laag voor laag door binding, ultrasonische letseling, of hardloten om een object te bouwen. Blad laminatie methoden zijn laagtemperatuur processen en kunnen verschillende materialen samen verbinden. Typisch worden blad laminatie methoden gebruikt voor visuele en esthetische modellen eerder dan voor structureel gebruik.

Gerichte Energie Depositie

Een complexer 3D print proces, deze methode werkt zoals de naam suggereert - een gefocuste energiebron, zoals een laser of elektronenbundel, wordt gericht op het bouwmateriaal om het te smelten terwijl het gelijktijdig laag voor laag wordt gedeponeerd. Deze techniek wordt algemeen gebruikt om te repareren of om additioneel materiaal toe te voegen aan bestaande structuren. Directed Energy Deposition (DED) gebruikt een verwarmde neus om gesmolten materiaal - typisch of titanium of kobalt chroom - op het gespecificeerde oppervlak te depositieren waar het verzolidifieert.

Voordelen van Metal AM Technologie

In de laatste decennia van haar bestaan hebben additive manufacturing technologieën een revolutionaire impact gehad op de productiesector als geheel. Deze vermogen om assemblages te coalesceren - een deel als een enkele eenheid printen in plaats van meerdere delen die gevoegd of bevestigd moeten worden - vermindert materiaalverspilling en verbetert typisch de algehele kwaliteit en prestaties van het product. Naast dit verspilling-besparend voordeel, bieden metaal AM methoden unieke voordelen waaronder:

Complexiteit is "Gratis"

Bij het gebruik van traditionele subtractieve productieprocessen resulteert verhoogde complexiteit in een deelsontwerp in steeds hogere kosten aangezien meer en meer subtractieve frees-, contour- en afwerkoperaties nodig zijn. Bij het gebruik van Additive voegt de complexiteit van een ontwerp weinig kosten toe en verlaagt vaak de kosten van het deel. Bijvoorbeeld, als het deel een prismatisch deel is - een vast rechthoekig blok - frezen vanaf near-net shape billet is eenvoudig en vereist weinig passes op de frees en dus lage kosten. Het printen van een blok met Additive zou veel passes op de machine vereisen om het benodigde aantal materiaal te depositieren om de vorm op te bouwen, resulterend in een veel hogere kosten. Echter, als het deel een organische vorm is - denk aan een beugel die eruitziet als een boomwortelstructuur - zal frezen waarschijnlijk custom vaste beugels en veel machine passes vereisen, vaak met meerdere toolwissels, en uitgebreide toolpath codering allemaal leidend tot hoge kosten. Om de organische vorm met Additive te printen, wordt de toolpath automatisch gegenereerd met software en het aantal passes en hoeveelheid gedeponeerd materiaal is aanzienlijk gereduceerd, resulterend in een lagere kosten voor dit deel.

Extra Kosten Elimineren

Metaal additive processen verminderen materiaalverspilling vergeleken met traditionele methoden. Aangezien het grondstof precies laag voor laag wordt opgebouwd, is er weinig behoefte om stukjes af te snijden of af te schaven van het vaste object. Alleen het benodigde materiaal wordt gebruikt en precies daar geplaatst waar het nodig is, wat metaal AM technologieën resource-efficiënt maakt.

Daarnaast vermindert metaal additive manufacturing verspilling door de behoefte aan dure tooling te elimineren, wat uw bedrijf geld en tijd bespaart. Door het juiste metaal additive manufacturing proces te kiezen, kunt u toegang krijgen tot een brede verscheidenheid aan materialen om aan uw specifieke productiebehoeften te voldoen.

Een Breed Bereik aan Materialen

De eigenschappen en algehele prestaties van een materiaal worden bepaald door zijn chemische samenstelling, kristallijne toestand, en onderliggende micro-architectuur. Deze kenmerken dwingen ingenieurs om bepaalde afwegingen te maken bij het kiezen van een materiaal voor een specifieke toepassing. Echter, deze concessie kan binnenkort een ding van het verleden zijn door vooruitgang in 3D print technologie.

Waar fabrikanten voorheen beperkt waren tot de materialen gebruikt in metaal AM, is er een steeds grotere verscheidenheid aan metaalpoeders die gebruikt kunnen worden. Enkele van de meer voorkomende metaalmaterialen die beschikbaar zijn omvatten:

• Roestvrij staal
• Staal
• Titanium
• Aluminium
• Koper
• Kobalt Chroom
• Titanium legeringen
• Nikkel Legeringen
• Goud
• Zilver
• Platina
• Palladium

Naarmate vooruitgang in additive manufacturing gemaakt wordt, zal de lijst van metaalpoeders die gebruikt kunnen worden, verder uitbreiden.

Verbeterde Ontwerpmogelijkheden & Topologie Optimalisatie

Met metaal additive manufacturing kunnen unieke en complexe structuren gecreëerd worden die anders extra tijd en delen zouden hebben gekost. Door assemblages te coalesceren, kunnen objecten nu als een enkele eenheid geproduceerd worden voor grotere kracht en efficiëntie in plaats van meerdere delen die na productie gevoegd of bevestigd moeten worden.

Daarnaast hebben recente vooruitgang in geautomatiseerd ontwerp de productie van producten voor een rijkdom aan toepassingen mogelijk gemaakt. Topologie Optimalisatie software stelt ontwerpers in staat om de parameters van een deel te specificeren en de software de architectuur te laten definiëren op basis van gewenste structurele, functionele, thermische, of andere eigenschappen. De eindresultaten zijn ontwerpen die sterker, lichter, zwaarder, en meer weerstandskrachtig kunnen worden gemaakt tegen natuurlijke krachten en externe condities.

Reductie in Productietijd

Een van de bekende voordelen van metaal additive manufacturing is de reductie van de tijd die het duurt voor producten om van het ontwerpstadium naar de finale productie over te gaan vergeleken met traditionele bewerking. Aangezien er weinig behoefte is aan specifieke bewerking en tools om het object na 3D printen te verwerken, kan metaal AM delen binnen dagen in plaats van weken creëren.

Profiteer van Additive Manufacturing in uw Californische faciliteit met CMTC

Klinkt metaal additive manufacturing als een technologie die door uw productiebedrijf benut kan worden? Als elke nieuwe technologie, is er altijd een beetje van een leercurve. Daarom duiken we in onze gids Types of Metal Additive Manufacturing Processes dieper in de binnenwerkingen van alle bovengenoemde processen, de gebruikte materialen, en de voor- en nadelen van elk.

Blijf op de hoogte en houd gelijk met anderen in de industrie door de gratis gids vandaag nog te downloaden. Ondertussen, als u aanvullende vragen heeft over additive manufacturing, neem dan contact op met de experts bij CMTC. We zijn er en helpen graag!