Metalen 3D prints koppelen stevigheid aan buigzaamheid

Metalen 3D prints koppelen stevigheid aan buigzaamheid

Wat zijn woorden die je te binnen schieten als je aan metaal denkt? Waarschijnlijk denk je aan termen als hardheid, kracht en stevigheid. In de wereld van 3D printing geldt dat echter niet altijd voor metalen 3D prints. Soms zijn die namelijk buigzaam in plaats van stevig. Weer andere keren zijn ze stevig, maar niet buigzaam. Een combinatie van beide zie je eigenlijk nooit.

Daar belooft binnenkort verandering in te komen, want een team onderzoekers van Stockholm University uit Zweden, University of Birmingham uit het Verenigd Koninkrijk en Zhejiang University uit China heeft een nieuwe 3D metaalprinttechniek ontwikkeld. Het resultaat is verbazingwekkends: metalen 3D prints die zowel sterk als buigzaam zijn.

3D metaal prints in opkomst

Ultieme balans tussen stevigheid en buigzaamheid

In de natuur zijn stevigheid en buigzaamheid gewoonlijk tegenpolen van elkaar. Dat betekent in de praktijk dat de ene eigenschap vaak ten koste gaat van de ander. Dat stelt technologen binnen de 3D printing voor een uitdaging, want enige buigzaamheid in prints is een vereiste om de complexe printvormen mogelijk te maken die geen enkele andere productiemethode biedt.

Traditionele productiemethoden met metaal resulteren weliswaar in een stevig en trekbestendig eindresultaat, maar de vormen van het metalen object kennen zo hun beperkingen. 3D printing brengt daar verandering in en maakt dankzij de buigzaamheid van de metalen 3D prints de meest complexe vormen mogelijk. Alleen is het jammer dat dit vaak ten koste gaat van stevigheid.

Dat hoeft nu niet langer het geval te zijn, als het aan de onderzoekers van de verschillende universiteiten ligt. Ze ontwikkelden een nieuwe 3D printtechnologie genaamd SLM, die de volgende generatie structurele legeringen mogelijk maakt met aanzienlijke verbeteringen op het gebied van zowel stevigheid als buigzaamheid.

Lees meer:
Print zelf ook 3D objecten in metaal
Metaalprinting wereldwijd sterk in opkomst
Hoe snel is 3D printen met metaal?

3D print met SLM technologie

Nieuwe 3D print technologie leunt op twee pijlers

De kracht van SLM – een afkorting voor Selective Laser Melting – schuilt in de manier waarop het een zogenaamd ontwrichtingsnetwerk benut om de materiaaleigenschappen van een metaalprint te beïnvloeden. Het eindresultaat is een roestvrij staal dat door additive manufacturing tot stand komt en desondanks een hoge stevigheid koppelt aan een grote buigzaamheid.

Het geheim van SLM zit hem echter niet alleen in het ontwrichtingsnetwerk. Ook de extreem hoge koelsnelheid (van 1.000 graden Celsius tot wel 100.000.000 graden Celsius per seconde!) is een belangrijke factor in het succes van de techniek. Een dergelijke koelsnelheid is simpelweg niet te behalen bij traditionele methoden van metaalproductie.

Alleen wanneer metalen extreem snel afkoelen, zoals in het geval van SLM 3D printing, belanden metalen namelijk in een onevenwichtige staat. Deze staat is nodig om vervolgens met succes een ontwrichtingsnetwerk te kunnen implementeren. Het is dus de combinatie van koelsnelheid en het ontwrichtingsnetwerk die deze innovatie zo bijzonder maakt.

Volgens de onderzoekers biedt hun ontdekking producenten de mogelijkheid om nieuwe legeringssystemen met ultramechanische eigenschappen te ontwerpen. Ook voor 3D printing als sector betekent de nieuwe technologie goed nieuws: 3D metaalprinting kan hierdoor nieuwe markten aanboren waar hoge mechanische standaarden zijn vereist zoals in de ruimtevaart en auto-industrie.

Lees meer:
Wat is de basis van additive manufacturing technologie?
Meer informatie over 3D printen in de ruimtevaart
Meer informatie over 3D printen in de auto-industrie

Ontwrichtingsnetwerk 3D print metaal

Toekomst 3D printen met metaal nog altijd veelbelovend

De introductie van SLM komt voor 3D metaalprinting dan ook precies op het juiste moment. De technologie wordt in toenemende mate omarmd door het bedrijfsleven en uiteenlopende industrieën, maar kan ook op kritiek rekenen vanwege hoge kosten en tegenvallende materiaaleigenschappen van metalen 3D prints.

Dat de kosten van metaalprinting in sommige gevallen hoger zijn dan die van traditionele productiemethoden, is overigens geen verrassing. De veel complexere vormen van metalen 3D prints lenen zich nu eenmaal minder voor standaardisatie. Hoe meer individualisatie, hoe duurder een product doorgaans is. Toch zal de prijs in de toekomst naar verwachting nog wel dalen.

Op het gebied van materiaaleigenschappen is het met name het spanningsveld tussen stevigheid en buigzaamheid wat veel negatieve aandacht krijgt. Met de introductie van SLM wordt dit probleem binnen afzienbare tijd opgelost en maakt 3D metaalprinten weer een nieuwe stap richting een nog altijd zeer veelbelovende toekomst.

Lees meer:
Wat is de basis van 3D printen met metaal?
Welke kosten komen er kijken bij 3D printing?
Toekomst 3D metaalprinters nog altijd veelbelovend