Metaalprinten: het NLR print twee metalen in één product

Metaalprinten is een veelbesproken onderwerp en veel bedrijven zitten naarmate ze er meer mee experimenteren met steeds meer vragen. De technologie heeft zijn beperkingen, maar hoe meer er mee gewerkt wordt, hoe meer er onderzoek gedaan wordt naar het wegnemen van die beperkingen en het naar een hoger niveau tillen van metaalprinttechnologie. Een van de holy grails in metaalland is het printen in meerdere soorten metaal in één print en dan ook het laten overlopen van de metaalsoorten in elkaar. Het NLR (Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum) lijkt hier nu in een eerste door de overheid gefinancierd experiment in geslaagd te zijn.

Als afronding van een multimaterialen-3D-printproject heeft het NLR een demonstrator geprint die bestaat uit twee bijzondere metaallegeringen. Dit is interessant omdat veel onderdelen en constructies bestaan uit meerdere materialen, waarbij het ideaal zou zijn als deze gradueel in elkaar zouden overgaan. De demonstrator is geprint bij het Metal Additive Manufacturing Technology Centre (MAMTeC) van het NLR in Marknesse.

Multimaterialen bij metaalprinten
De demonstrator bestaat uit een opengewerkte warmtewisselaar die geprint is met poeder van roestvast staal (SS 316) en een nikkel superlegering (Inconel 718). Bij de overgang van Inconel 718 naar SS 316 zijn om en om laagjes van het ene en het andere materiaal geprint. Doordat de laser niet alleen het poeder smelt, maar ook een deel van de onderliggende laagjes, vormt zich lokaal een geleidelijke overgang van Inconel 718 naar SS 316. De inspiratie voor de keuze van deze twee materialen komt van een warmtewisselaar van NASA’s nucleaire energie installatie voor toekomstige maan en mars koloniën. Hierbij wordt SS 316 gebruikt voor structurele delen van de reactor en Inconel 718 voor het gedeelte van de energie omzetting. In de warmtewisselaar, die beide systemen aan elkaar koppelt, loopt de temperatuur op en is het dus wenselijk om over te gaan van SS 316 naar Inconel 718.

Metal matrix composites
Naast het printen van twee metalen met een geleidelijke overgang, is er in dit multimaterialenproject ook onderzoek gedaan naar het printen van metaallegeringen met keramische deeltjes, zogenaamde metal matrix composites (MMC’s). Deze deeltjes verhogen de stijfheid, temperatuurbestendigheid en de slijtvastheid. Het verspanen van dit soort materialen is lastig en geeft veel slijtage aan het snijgereedschap. Daarom heeft het met grote nauwkeurigheid printen van MMC’s veel voordelen. Binnen het project zijn de mogelijkheden onderzocht van het printen van PM1000, een extreem slijtvaste en hittebestendige nikkellegering met yttriumoxide deeltjes, en een aluminiumlegering met siliciumcarbide deeltjes. Het 3D-printen van MMC’s is niet eenvoudig. De MMC grondstof gedraagt zich anders dan de gangbare metaalpoeders die bij 3D-metaalprinten gebruikt worden en speciale procesparameters moeten worden ontwikkeld om optimale materiaaleigenschappen te verkrijgen. Een volgende stap is om met geïnteresseerde industriële partijen toepassingen te ontwikkelen met 3D-geprinte MMC’s.

TO2-samenwerking
Het onderzoek naar het 3D-printen van verschillende materiaalcombinaties is verricht binnen het ‘Multi-Material Additive Manufacturing’-programma dat is uitgevoerd in samenwerking met de TO2-instituten TNO, ECN en NLR en gefinancierd door het ministerie van Economische Zaken.

MAMTeC
Bij het Metal Additive Manufacturing Technology Centre (MAMTeC) van het NLR wordt gewerkt aan het verbeteren van 3D-printen van metalen onderdelen. Kwaliteit en certificering van geprinte onderdelen is belangrijk, vooral in de luchtvaart. Het is dus noodzakelijk om te onderzoeken welke procesparameters de performance van een geprint onderdeel beïnvloeden.

Bron: NLR