3D printen met metaal–proces & toepassing uitgelegd

Het 3D metaalprintproces is momenteel de meest innovatieve en fascinerende technologie op de markt. Er is nauwelijks een industrietak die niet kan profiteren van deze procestechnologie. Denkt u erover om uw productie over te schakelen op 3D printen?

Dan is dit artikel iets voor jou. Hierin beschrijven we interessante achtergrondinformatie over het onderwerp en geven we je een overzicht van de belangrijkste printprocessen in metaal. We geven ook informatie over de voordelen en mogelijke nadelen van 3D printen in metaal. Je komt te weten in welke industrieën 3D printtechnologie zich al heeft gevestigd en hoe een model in 3D wordt geproduceerd.

Hoe werkt 3D printen met metaal?

De term 3D printen is een verzamelnaam en beschrijft een verzameling van additieve productietechnieken waarbij materiaal in lagen wordt aangebracht om een driedimensionaal werkstuk te maken. Hieronder vindt u een overzicht van de vier belangrijkste 3D printprocessen.

Fused Deposition Modelling (FDM)

Dit proces wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van functionele prototypes en gereedschappen. Een plastic draad (filament) wordt gesmolten in het zogenaamde hete uiteinde van de printer en wordt dan laag voor laag terug in het printbed gedeponeerd. Het materiaal hardt vervolgens weer uit.

Materialen die geschikt zijn voor de FDM modelleermethode:

• PLA (polyactisch)
• PVA (polyvinylalcohol)
• HIPS (slagvast polystyreen)
• PET (polyethyleentereftalaat)
• Nylon
• Filamenten op basis van bijvoorbeeld metaal, steen, hout

Polyjet-proces (Multijet-modellering MJM)

Bij multi-jet modelleren worden minuscule druppeltjes fotopolymeer op een platform aangebracht met behulp van een printkop. Dit wordt vervolgens onder UV-licht geplaatst waar het uithardt. In het polyjetproces kunnen niet alleen verschillende materialen worden gebruikt, ze kunnen zelfs worden gemengd. Dit en de mogelijkheid om flinterdunne lagen tot 14 μm te verwerken, maken het polyjetproces erg populair voor de productie van prototypes op maat.

Stereolithografie (SLA)

Iedereen die complexe geometrische onderdelen wil maken, doet er goed aan om SLA te gebruiken. Deze methode is gebaseerd op een tank gevuld met hars (fotopolymeerhars). Er kan fotogevoelig materiaal worden gebruikt. Dit wordt uitgehard met een UV-laser en het platform wordt neergelaten. Dit proces vindt nu laag voor laag plaats en de gebruikte ondersteuningsstructuren leveren verbluffend nauwkeurige resultaten op.

Selectief lasersinteren (SLS)

Prototypes en afgewerkte onderdelen kunnen ook worden geproduceerd met het SLS-proces. Dit is een op poederbed gebaseerd 3D printproces. De SLS 3D-printer vormt onderdelen met behulp van selectieve lasersintering. Elke laag wordt afzonderlijk aangebracht. Nauwkeurige resultaten zijn ook bij deze methode gegarandeerd.

Waar zijn geprinte metalen voorwerpen voor nodig?

Een groot aantal industrieën profiteert van de innovatieve technologie van het 3D metaalprintproces. Hier zijn enkele voorbeelden:

• Auto-industrie

Additive manufacturing-technologie is al enige tijd geleden ingeburgerd geraakt in de auto-industrie. Zowel prototypes als eind- en reserveonderdelen worden er met succes mee geproduceerd. Verreweg de grootste klantenkring voor metalen onderdelen in 3D printen is de motorsport.

Een van de redenen hiervoor is dat het gebruik van 3D-metaalprinters een aanzienlijke hoeveelheid tijd en geld kan besparen terwijl het kwaliteitsniveau hetzelfde blijft. Bovendien kunnen complexe eigenschappen van afzonderlijke onderdelen over het algemeen snel worden gerealiseerd. Het aantal samenwerkingsverbanden op het gebied van 3D printen in de amateur- en professionele motorsport groeit gestaag. Daarnaast worden 3D metalen onderdelen gebruikt bij de restauratie van klassieke auto's, waarvan de defecte onderdelen anders moeilijk toegankelijk zouden zijn.

• Ruimtevaartindustrie

De lichtgewicht constructie van 3D metaalprintonderdelen is van cruciaal belang voor de lucht- en ruimtevaartindustrie. Het proces wordt gebruikt om prototypes en onderdelen en componenten voor onder andere lanceervoertuigen, satellieten en transportvoertuigen te produceren.

Hoewel hoogwaardige 3D-metaalprinters gemakkelijk een budget van ongeveer een miljoen euro kunnen opslokken, zeggen luchtvaartinstellingen dat ze zichzelf terugbetalen dankzij hun lage materiaalslijtage, korte productietijd en uitstekende materiaalsterkte in vergelijking met conventionele productiemethoden.

• Industrie en handel

3D metaalprinten is ook een populaire procesmethode bij de productie van gereedschap. Verschillende industriële gereedschappen kunnen worden uitgerust met extra functies en kunnen daardoor andere productietoepassingen sneller en economischer maken. Zelfs binnen deze industrie rechtvaardigen de prestatieverbeteringen op lange termijn de hoge aanschafkosten van 3D-apparaten.

Zo is de productie van metalen mallen met interne, uniforme koelkanalen met behulp van DMLS/SLM 3D-printen populair. Een nog kosteneffectiever alternatief voor de productie van moderne 3D-geprinte onderdelen kan zijn om de productie uit te besteden aan professionele productieateliers zoals CNC24. Hierdoor is het niet meer nodig om een 3D printapparaat aan te schaffen. Wij adviseren u graag over uw individuele wensen en eisen voor uw project.

• Medische en biomedische industrie

3D metaalprinters kunnen ook organische structuren maken. De productie van op maat gemaakte prothesen en implantaten is tegenwoordig een van de belangrijkste toepassingsgebieden van het 3D-printproces in de geneeskunde. Hiervoor worden biocompatibele materialen zoals titanium gebruikt.

Chirurgen gebruiken ook 3D-modellen voor training en voorbereiding op operaties. Ze worden met name in de VS regelmatig gebruikt en zijn bedoeld om medische fouten in de toekomst te verminderen. De modellen kunnen ook worden gebruikt als illustratiemateriaal voor patiënten. De biogeneeskunde is bezig met onderzoek naar het printen van menselijke organen en stamcellen.

• Onderzoek en innovatie
  

Voor onderzoek was en is de uitvinding van 3D-printen een belangrijke stap naar de toekomst. Procestechnologieën voor printen, zoals metaalextrusie, zijn tijdbesparend. In sommige gevallen verkorten ze marktintroductieprocessen vele malen in vergelijking met traditionele en in-house opties.

Bovendien zijn er dankzij 3D metaalprinttechnologie innovaties mogelijk die we ons in het afgelopen decennium niet hadden kunnen voorstellen. Volgens het laatste nieuws van het tijdschrift 3D Grenzenlos zijn onderzoekers er bijvoorbeeld in geslaagd om een 3D-printer voor medicijnen te ontwikkelen. Geprinte medicijnen op maat van de patiënt maken het mogelijk om actieve ingrediënten via specifieke geometrieën of oppervlakken in het lichaam af te geven. De printer zou nog meer voordelen kunnen bieden op gebieden zoals precisiegeneeskunde.

Welke metalen kunnen worden gebruikt voor metaalprinten?

In principe kunt u kiezen uit een groot aantal 3D printprocessen voor metaal. CNC24 biedt u onder andere roestvrij staal, brons en koper om te verwerken. Vanwege de lichtheid en robuustheid kunnen we ook aluminiumlegeringen aanbevelen, met name voor prototypeproductie. In de meeste gevallen worden bij 3D printen aluminiumlegeringen gebruikt.

We bieden ook titanium aan in 3D printen. Titanium is biocompatibel en wordt daarom vaak gebruikt in onder andere de medische technologie. Daarnaast hebben geprinte titanium onderdelen goede mechanische eigenschappen. Ze kunnen in één batch worden geproduceerd, waardoor er geen gevoelige lasstappen voor het metaal nodig zijn.

Verder is Inconel een materiaal dat bij uitstek geschikt is voor de productie van 3D prints. Het heeft een uitzonderlijk goede hittebestendigheid en is zeer goed bestand tegen corrosie. Om deze redenen wordt Inconel vaak gebruikt voor 3D printen in de auto- en luchtvaartindustrie voor functionele prototypes en hoogwaardige onderdelen.

Beschikbare metalen materialen bij CNC24

• Aluminium
• Roestvrij staal
• Brons
• Koper
• Inconel
• Titanium

Staat het materiaal van je keuze er niet bij? Neem dan contact met ons op. Dankzij ons grote partnernetwerk is de kans in de meeste gevallen erg groot dat we het zo snel mogelijk voor je kunnen regelen.

Waarom zou je kiezen voor metaal 3D printen?

Een van de grootste voordelen van het 3D metaalprintproces is de mogelijkheid om zowel complexe als ingewikkelde vormen en geometrieën te realiseren in een relatief korte tijd. Zelfs holtes en ondersnijdingen zijn geen probleem en een procesgericht ontwerp van hoge kwaliteit is mogelijk. Een ander voordeel is dat het een gereedschapsloos productieproces is en dat het materiaalverbruik veel lager is in vergelijking met conventionele methoden.

Zelfs bionische structuren zijn mogelijk met 3D printtechnologie en in het algemeen kunnen we spreken van klantgerichte productie in alle sectoren. Dit laatste betekent dat er kortere toeleveringsketens zijn. De moderne procestechnologie is vooral bedoeld voor de productie van individuele onderdelen en kleine batches. Een productiemethode die voornamelijk on-demand is, creëert ook een duurzaamheidsfactor die niet mag worden verwaarloosd.

De grootste voordelen van 3D metaal printen op een rij

• Laag materiaalverbruik
• Complexe vormen en geometrieën mogelijk
• Creatie van esthetisch ontwerp en afwerking
• Functionele verbeteringen van onderdelen mogelijk
• Latere aanpassingen zijn mogelijk
• Productie op maat
• Kosteneffectiviteit verhogen (voor kleinere hoeveelheden en complexiteit)
• Geen gereedschap nodig
• diverse mogelijkheden in lichtgewicht bouwtechnologie
• Mogelijkheid tot procesconform ontwerp van componenten
• Hoog potentieel voor onderzoek en productontwikkeling

Zijn er beperkingen bij 3D-printen?

Het printproces is over het algemeen niet ontworpen en gemaakt voor de productie van grote series. Dit komt vooral doordat een 3D printer een relatief lage opbouwsnelheid heeft. Het duurt minstens 48 uur of gemiddeld zo'n vijf dagen voordat een 3D metaal geprint onderdeel klaar is. Er kan ook rekening moeten worden gehouden met nabewerking, vooral wanneer complexe formaties worden geproduceerd - maar dit kan ook een doorslaggevend voordeel zijn voor complexe prototypes.

Bovendien is er een specialist nodig om op basis van de materiaaleigenschappen te beslissen welk 3D metaalprintproces het juiste is voor de klus in kwestie. Een 3D metaalprinter is kostenintensief en daarom besluiten veel bedrijven om deze taak uit te besteden aan een team van experts.

Hoe ontwerp je modellen voor 3D printen?

Om het ontwerp voor te bereiden op 3D metaalprinten, moet je je intensief verdiepen in het gewenste ontwerp. In principe is het voorontwerp van een 3D print in eerste instantie vergelijkbaar met dat van andere productietechnieken. Het bijzondere is echter dat je niet beperkt bent en complexe ontwerpen tot in detail kunt realiseren. Benut dit voordeel, want dit is een van de belangrijkste voordelen van deze procestechniek.

Het is echter belangrijk om te weten dat onderdelen die al op traditionele wijze zijn geproduceerd niet zomaar 1:1 kunnen worden overgezet naar 3D printen. Dit leidt vaak tot productiefouten en beperkt ook vaak uw ontwerp. Optimalisaties voor bestaande werkstukken zijn een andere zaak. Begin bij 3D printen met een leeg werkoppervlak. Definieer vervolgens uw ontwerpvereisten in detail. Denk hierbij aan belastingen, randvoorwaarden, onderdeelgewichten en meer.

De printoriëntatie is ook bepalend voor de positie van de ondersteuningsstructuren, die je moet kunnen bepalen. Het maken van onderdelen met zelfdragende eigenschappen en dus minimale ondersteuningsstructuren is op dit punt voordelig. Verder moet je er bij het ontwerpen van een model altijd rekening mee houden dat optionele of noodzakelijke nabewerking in veel gevallen nodig zal zijn.

Ontwerpsoftware voor 3D-printen op metaal

Voor 3D-ontwerpen zijn CAD-pakketten zoals Altair, Autodesk Fusion 360 of nTopology Element beschikbaar om je te ondersteunen bij je planning. Moderne algoritmen maken het mogelijk om organische structuren te creëren. U kunt nu ook uw eigen nieuwe ontwerp starten en beginnen met de basisstructuur en de invoer van vereisten of een bestaand ontwerp bewerken of optimaliseren.

• Rasterpatroon
  Wil je een bestaand ontwerp optimaliseren? Dan zijn rasterpatronen de juiste keuze. Ze kunnen worden gebruikt om de bedrukbaarheid te verbeteren, het oppervlak van warmtewisselaars te vergroten en de productiekosten te optimaliseren.
• Topologie optimalisatie
  Heb je minimale massa en wil je een constructie met optimale stijfheid? Wilt u de gewenste onderdelen tot het uiterste belasten en onderwerpen aan de ultieme test? Dan is simultaan gestuurde topologieoptimalisatie de ideale oplossing. Dit analyseert uw input met betrekking tot de ontwerpruimte en de belastingsgevallen. Op die manier bepaalt het systeem waar materiaal kan worden verwijderd.
• Generatief ontwerp
  Hier hebben we het over een variant van het zojuist genoemde topologieoptimalisatieproces. Generatief ontwerp leidt tot verschillende ontwerpvarianten die allemaal aan zijn eisen voldoen. Deze kunnen vervolgens door de ontwerper op zijn gemak worden uitgeprint, uitgebreid getest en vergeleken.

Onderschat modelleren voor 3D printen niet en zorg ervoor dat CAD pakketten up-to-date en van hoge kwaliteit zijn wanneer je ze aanschaft. Het ontwerpen van 3D-elementen voor metaal printen is complex en wordt slechts in zeer beperkte mate aanbevolen voor niet-professionals. In sommige gevallen moeten zelfs professionals lang sleutelen om het optimale resultaat te bereiken. Een ervaren professional als CNC24 neemt je veel werk uit handen terwijl jij je 100% kunt blijven richten op je dagelijkse werkzaamheden.

Waarom CNC24 je beste contact is voor metaalprints

3D printen met metaal is waarschijnlijk een van de meest indrukwekkende procestechnologieën die momenteel beschikbaar zijn en biedt bedrijven veel mogelijkheden in alle sectoren. Tegelijkertijd is het proces echter zeer complex en vereist het een hoge mate van expertise, vooral in de professionele printsector.

Laat je werk gewoon aan ons over!

Bij CNC24 bent u aan het juiste adres als u prototypes of kleine series wilt maken met behulp van 3D-printen met snelle beschikbaarheid. Dit is precies onze focus in dit productieproces. Onze service biedt precisie en reproduceerbaarheid voor de door u gewenste componenten. Wij ondersteunen u bij rapid prototyping, rapid tooling en de productie van kleine series.

Onze 3D printprocessen in een oogopslag

• Polyjet (MJM)
• Selectief lasersinteren (SLS)
• Selectief lasersmelten (SLM)
• Gesmolten afzetting modelleren (FDM)
• Multi Jet Fusie (MJF)
• Stereolithografie SLA

Technische gegevens 3D printen

• Materiaaldikte: 0,1 mm - 10 mm
• Beschikbare lengtes: 10 mm - 2.000 mm
• Toleranties: +/- 0,1 mm tot +/-1 0,3 mm
• Oppervlaktekwaliteit: 3,2 Ra µm
• Ideale batchgroottes: 1 - 50.000 stuks

Wat u van ons kunt verwachten

CNC24 staat altijd voor flexibele en vrije capaciteiten en aantrekkelijke prijzen. Een persoonlijke contract- en aanspreekpartner staat u gedurende het gehele project ter beschikking. Kwaliteitscontrole volgens ISO 9001:2015 is voor ons vanzelfsprekend. En als tijd van belang is, bieden we ook express-productie binnen de betreffende procestechnologie en tot 72 uur.

Naast 3D-metaalprinten gebruiken we ook andere procestechnologieën zoals spuitgieten en spuitgieten, en verschillende CNC-technieken zoals CNC-draaien. Combinatieaanbiedingen zijn mogelijk.

Ontdek het zelf en vraag vandaag nog je persoonlijke offerte aan. We sturen je een offerte binnen 48 uur na ontvangst van je aanvraag. Heb je nog vragen? Ons team staat u graag telefonisch te woord op +49 (0)30 994 04 904.