Ken de beperkingen van 3D metaalprinten De simplistische uitleg van 3D printen in mainstream media zorgt voor overdreven verwachtingen en dito teleurstellingen. Ook bij metaalprinten. De mogelijkheden zijn groot. De beperkingen mag je evenwel niet negeren. Vroeg in het engineeringproces moet je het ontwerp afstemmen op wat mogelijk is en wat niet, schrijft Rein van der Mast, tot 1 september manager Design & Engineering bij Additive Industries. 3D metaalprinten kent niet alleen mogelijkheden, maar ook beperkingen. De nauwkeurigheid, dichtheid en oppervlaktekwaliteit zijn bij 3D printen in metaal lang niet zo hoog als bij veel conventionele vervaardigingstechnieken. Dat hoeft niet erg te zijn, als je er in het ontwerp maar rekening mee houdt. Bovendien is het mogelijk de beperkingen van het 3D metaalprinten deels te omzeilen door het ontwerp nadrukkelijk erop af te stemmen.
AM paradigma
Het metaalprinten kent verder nogal wat haken en ogen. Als je optimaliseert naar de dichtheid, gaat dat al snel ten koste van de positienauwkeurigheid en mate waarin details tot hun recht komen. Minder ondersteunende structuren resulteren in minder printtijd, minder afval, minder poeder dat achter blijft en verloren gaat en niet in de laatste plaats minder werk om het werkstuk en de ondersteuning van elkaar te scheiden. Daar staat tegenover dat meer support structures het werkstuk bij het printen beter op zijn plaats houden. En door spanningsarm te gloeien voordat het werkstuk wordt losgenomen, is de vorm uiteindelijk beter te krijgen. Meer dan bij conventionele vervaardigingstechnieken het geval is, dient de ontwerper zich op zijn minst bewust te zijn van alle aspecten op het vlak van de werkvoorbereiding. Bij het 3D metaalprinten gaat het vooral om werkstukoriĂŤntatie, support structures en de wijze waarop de laser iedere laag beschrijft. Denk bij het laatste aan snelheid, vermogen, afstand tussen de lijnen, verdeling in gebieden met verschillende printvoorkeuren, het al dan niet schrijven van contouren. De onderlinge afhankelijkheid van de variabelen die een rol spelen heb ik het AM Paradigma gedoopt. Een stelstel van zaken die elkaar beĂŻnvloeden, gewild en - helaas vaker - ongewild. Draai je aan de ene knop, dan draaien andere knoppen vaak onbedoeld mee, de verkeerde kant op. 3D printen moet je
50
Een dwarsdoorsnede van de warmtewisselaar die de bedrijven bij Addlab hebben ontwikkeld en geprint. (Foto: Addlab)
daarom zien als complementaire vervaardigingstechniek, naast de conventionele vervaardigingsoplossingen. En vaak vallen ze goed te combineren.
Invloed temperatuur
Het poederbed metaalprinten is lang niet zo simpel als het printen in bijvoorbeeld PA12. Dat komt vooral doordat de temperatuurverschillen in de bouwkamer groot zijn. Op een snel voortbewegend plekje, waar de laser het poederbed raakt, is het zo warm dat het poeder er vloeit, terwijl het omliggende gebied aanzienlijk koeler is. Dat heeft twee redenen. Ten eerste zouden de kristallen in het metaal veel te ver doorgroeien als de temperatuur van het werkstuk net onder het smeltpunt zou worden gehouden. Dat zou afbreuk doen aan de mechanische eigenschappen. Daarnaast zou dit een veel complexere en dus duurdere machine vergen dan de huidige machines, die toch al snel honderdduizenden euro’s kosten.
Lattices
Ook digitaal is 3D printen geen sinecure. Voor de pennendoos van mijn 3D geprinte vulpen heb ik destijds via laser sintering in PA12 een roggehuid geprint. Daarvoor ben ik uitgegaan van
print magazine november 2016