De unieke uitdagingen en oplossingen in 3D-metaalprinten

Metaal 3D-printen is niet zonder praktische uitdagingen en kansen. Krijg een beter begrip van waar u problemen kunt verwachten - en hoe u ermee om kunt gaan. Leer bovendien over opkomende technologie die de richting van de markt kan veranderen.

De toekomst is aangebroken in 3D-printen van metaal - en de toegangsprijs kan tegenwind veroorzaken. De grote jongens van de productie zitten behoorlijk diep in dit gebied - en misschien hebben ze de hulp van een kleinere speciaalzaak nodig. Wat is er nodig om 3D en metaal samen te gebruiken? Nieuwe technische benaderingen omarmen en wennen aan nieuwe materialen zoals metaalpoeders, om te beginnen.

SpaceX bouwt er belangrijke onderdelen mee. Dat doen NASA, Boeing, Lockheed Martin en GE Aviation ook. Deze en andere fabrikanten zijn 3D-printen van metalen onderdelen voor gebruik in het vliegtuig dat ons van stad naar stad brengt, het ruimtevaartuig dat astronauten naar een baan om de aarde brengt en de raketten die rode Tesla Roadsters naar de asteroïdengordel lanceren. Medische bedrijven doen ook mee aan het additieve fabricagespel met 3D-geprinte implantaten voor heupprothesen en schedelreparatieplaten voor slachtoffers van ongevallen. Ook auto- en consumentenproducten staan in de rij.

Als u een fabrikant bent die is uitbesteed aan een van deze grote lucht- en ruimtevaartbedrijven, begrijpt u al de uitdagingen die gepaard gaan met deze complexe technologie. Hoewel het de traditionele of vele CNC-bewerkings- en fabricageprocessen tijdens ons leven niet zal vervangen, verandert het het landschap van beschikbare productieopties.

Kijk naar de cijfers:marktonderzoeker IDTechEx voorspelt dat 3D-metaalprinten tegen 2028 zal uitgroeien tot een industrie van $ 12 miljard, een stijging van ongeveer $ 2,5 miljard in 2018. Uit een onderzoek van EY uit 2016 bleek dat 52 procent van de ondervraagde bedrijven metaal verkiest in 3D-printen boven elk ander materiaal . Het volgende materiaal, polymeer, vergaarde 31 procent van de vraag, met 6 procent in de hoop keramiek te printen.

"Bedrijven kiezen voor [metaal] omdat het het mogelijk maakt om producten te bedrukken van edele metalen, titanium, gereedschapsstaal, roestvrij staal en aluminiumlegeringen", zegt EY in het rapport. “Van de bedrijven die al gebruikmaken van 3D-printen met metaal, staan bedrijven uit twee sectoren bovenaan de lijst:luchtvaart- en automobielbedrijven. Vijfenzestig procent van deze bedrijven gebruikt metaal 3D-printen; deze hoge verhouding is te danken aan het enorme aantal metalen componenten in producten uit deze sectoren.”

Wees voorbereid om te wachten en metalen 3D-geprinte onderdelen en componenten op te ruimen

Bereid jezelf voor voordat je in de 3D-printbusiness springt. Het klinkt misschien voor de hand liggend, maar het op deze manier bouwen van onderdelen is niets anders dan een blok aluminium eruit halen of een kobaltchromen as draaien. Het gereedschap is een laser, het materiaal is een stapel metaalpoeder en het armatuur is een platte metalen plaat. Laad het programma, druk op de cyclusstart - en uren of dagen later is uw onderdeel klaar. Bijna.

Dit is het probleem:niet alleen zijn de bouwsnelheden bij 3D-printen met metaal ijzig traag in vergelijking met machinale bewerking, maar ook zijn de onderdelen niet noodzakelijk voltooid wanneer ze worden verwerkt, en zijn ze ook niet volledig nauwkeurig. Of u het nu kent als direct metaallaser-sinteren, elektronenstraal-smelten of selectief laser-smelten, de typische toleranties die gebruik maken van poederbedfusie zijn ongeveer +/- 0,005 inch met een oppervlakteafwerking die vergelijkbaar is met een investeringsgietstuk (figuur rond 125 Ra, in het beste geval ). Dit betekent dat machinale bewerking meestal nodig is om kritieke oppervlakken, boorgaten, gesneden schroefdraad en meer op te ruimen.

Bovendien vereist poederbedfusie structuren zoals steigers om het werkstuk tijdens de verwerking te ondersteunen. Dat betekent dat slijpen, parelstralen en extra machinale bewerking nodig kunnen zijn om deze steunen te verwijderen.

Wil je een meer fundamentele achtergrond over waarom en hoe 3D indruk heeft gemaakt? Bekijk "The Case for 3D Printing in Manufacturing."

Wat is uw mening? Praat met je collega's op het communityforum .

It's Hot:3D-printstress op metalen

Er is ook thermische stress om te overwegen. Lasers en elektronenstralen verhitten deeltjes van titanium, aluminium, roestvrij staal, kobaltchroom, gereedschapsstaal en tientallen andere legeringen tot hun smeltpunt, dat de 2.700 graden kan overschrijden. Zodra elke laag is voltooid, wordt vers poeder toegevoegd en begint het proces opnieuw. Zoals je je misschien kunt voorstellen, creëert deze herhaalde verwarming en koeling een enorme stress die tijdens het bouwproces moet worden gecontroleerd en vervolgens moet worden uitgegloeid door middel van warmtebehandeling.

Dat is veel om over na te denken en te beheren. Bovendien moeten degenen die een 3D-printstrategie nastreven, kijken naar schaalbaarheid, modellering, gelaagdheid en simulatie.

Schaalbaarheid

Tot voor kort was de grootste 3D-metaalprinter amper groot genoeg om een broodrooster te printen. Tegenwoordig kunnen in de handel verkrijgbare machines onderdelen ter grootte van een kano bouwen en 20 pond metaal per uur afzetten. Welk formaat machine heeft u nodig, welke technologie is het beste en hoe groot is uw budget? Je kunt ervan uitgaan dat het $ 1 miljoen of meer kost, de leercurve niet meegerekend.

Modellen

Een van de grootste obstakels waarmee fabrikanten van additieven worden geconfronteerd, is het ontwerp van onderdelen. Ingenieurs moeten anders leren denken als ze succesvol willen zijn met deze technologie - en dat betekent het omarmen van complexe geometrieën en 'organische vormen' die voorheen niet konden worden vervaardigd. Het is natuurlijk aan de machinisten en productie-ingenieurs om uit te zoeken hoe ze de vreemd gevormde onderdelen die hun kant op komen vastzetten.

Lagen

Nadat het ontwerp is goedgekeurd, moet de 3D-printerprogrammeur of -operator de ondersteunende structuren ontwerpen en bepalen hoe het onderdeel het beste kan worden geplaatst en gebouwd. Het goede nieuws is dat er tal van softwareprogramma's voor dit doel zijn ontworpen - en deze taak is lang niet zo moeilijk als het ooit was.

Simulatie

Het bed is gevuld met poeder, de bouwplaat is schoon en het metaal is klaar om te smelten. Voordat u op de knop drukt, is het echter belangrijk om het bouwproces te evalueren met behulp van softwaresimulatie. Dit zal helpen bij het identificeren van gebieden waar thermische spanning de kop kan opsteken, detecteren waar ondersteunende structuren nodig (of onnodig) zijn en bevestigen of het bestaande onderdeelontwerp geschikt is voor 3D-printen.

3D-geprint metaal, ontmoet je nieuwe vriend, polymeer

In de wereld van 3D-metaalprinten heerst de poederbedfusie – althans voorlopig. Verschillende nieuwe technologieën betreden het gebied van poederbed, waaronder thermische spray- en extrusiebenaderingen die lagere kosten beloven (in het bereik van $ 120.000 in tegenstelling tot $ 500.000 en hoger), grotere nauwkeurigheid en veel hogere bouwsnelheden. Een van deze werkt net als een inkjetprinter, behalve dat de "inkt" is gemaakt van metaalpoeder gemengd met een polymeerbindmiddel.

Het onderdeel wordt in een "groene" staat opgebouwd voordat het in een oven wordt geplaatst om te sinteren, wat een beetje anders is dan het decennia-oude metalen spuitgietproces. Omdat het hetzelfde metaalpoeder gebruikt, krijgt het lang niet zoveel metallurgische controle als andere additieve poeders. En zoals alle metalen 3D-printtechnologieën, produceert het volledig dichte onderdelen.

Vergelijkbaar met de "binder-jet"-technologie die in sommige nieuwere polymeerprinters wordt gebruikt, zijn de bouwsnelheden naar verluidt 10 tot 100 keer sneller dan die van hun concurrentie. De machinekosten zijn een fractie van die van poederbed- of hybride werktuigmachines. Er zijn weinig ondersteunende structuren nodig en de gebruikte structuren kunnen na het sinteren gemakkelijk worden verwijderd. En aangezien er geen laserlicht is - alleen UV om het bindmiddelmateriaal uit te harden - en het metaal wordt geleverd in printervriendelijke cartridges die elke kantoormedewerker zou kennen, zijn er veel minder gezondheids- en veiligheidsproblemen.

"Het adopteren van 3D-metaalprinten voor het maken van onderdelen voor eindgebruik is een stap die sommige bewerkingsbedrijven hebben genomen, maar het was niet iets dat winkels overal konden doen", zegt Peter Zelinski, hoofdredacteur van Modern Machine Shop, in de artikel “De komst van goedkope metal AM?” "Nu kan het goedkopere 3D-printen van metaal betekenen dat winkels routinematig zowel additieve als subtractieve methoden voor metalen onderdelen zullen gebruiken. En het kan ook betekenen dat het assortiment metalen onderdelen die geschikt zijn voor additieven zich opmaakt om uit te breiden.”

Heb je ervaring met 3D-printen van metaal of andere additive manufacturing-processen? Hoe was het voor jou en je winkel?

De productie-apps die uw manier van werken zullen veranderen Tips voor een goede hygiëne van gereedschapshouders:toonaangevende leveranciers van gereedschap wegen mee

Industriële technologie

Productieproces

3d printen

Automatisering Besturingssysteem

Industriële technologie