23/06/2020
Door Ad Spijkers
Hoe kan het smelten van metalen met laserstralen worden gebruikt om lichtgewicht constructies te vervaardigen in de autotechniek? Dit is het onderwerp van een onderzoeksproject aan de Technische Hochschule Mittelhessen in Giessen.
Metal laser beam melting is een industriële 3D printtechniek waarmee een product in lagen wordt opgebouwd. Een laserstraal, die wordt bestuurd door een CAD-dataset, smelt dunne poederlaagjes bij temperaturen van enkele honderden graden. De verwerking vindt laag voor laag plaats in verticale richting.
Deze additieve fabricage heeft verschillende voordelen ten opzichte van conventionele processen. Er zijn geen beperkingen in vergelijking met conventionele productie, die bijvoorbeeld holtes of ondersnijdingen in gietstukken moet vermijden. Elk onderdeel kan anders worden vervaardigd dan het vorige zonder het wisselen van gereedschap. Dit maakt bijvoorbeeld de productie van kleine series of enkelstuks aantrekkelijk. Reserveonderdelen kunnen desgewenst decentraal worden geproduceerd en maken voorraden overbodig.
In autotechniek
De technologie is tot nu toe voornamelijk gebruikt in de luchtvaartindustrie en medische technologie. Maar ook voor de auto-industrie kan de technologie volgens de onderzoekers een aanzienlijke bijdrage leveren aan emissiearme en hulpbronnen besparende mobiliteit door gewicht te besparen. Materiaal- en componenteigenschappen zoals voldoende sterkte, stijfheid en taaiheid zijn essentieel. De materiaalkwaliteit in de oppervlaktelagen van het onderdeel is doorslaggevend. Er mogen geen gasinsluitingen of defecten zijn, zoals niet-gesmolten poeder.
Het doel van het project is om met geschikte belichtingsstrategieën voertuigcomponenten te ontwikkelen en produceren die de vereiste hoge kwaliteit hebben. Omgekeerd, wanneer laserstraal de kerngebieden smelt die mogelijk van mindere kwaliteit zijn, kunnen productietijden worden verkort en de productiekosten worden verlaagd zonder dat de kwaliteit eronder lijdt. De gerichte introductie van verlopende eigenschappen van materialen door het fabricageproces te wijzigen via de belichtings- en assemblagestrategie van metalen, is tot dusver niet onderzocht.
Een remklauw die is gemaakt met 3D-printtechnologie (Foto's: Armin Eikenberg, Technische Hochschule Mittelhessen).
De onderzoekers zien mogelijkheden om het proces van het smelten van metalen laserstraal op deze manier te verbeteren en te gebruiken voor nieuwe voertuigtechnologie. Componenten waarvoor de methode in aanmerking komt, zijn bijvoorbeeld onderdelen van de wielophanging (zoals wieldragers en dempers) of motorsteunen die tijdens bedrijf sterk worden belast. De onderzoekers van het Kompetenzzentrum für Automotive, Mobilität und Materialforschung van de TH werken in het onderzoeksproject samen met Continental Engineering Services uit Frankfurt.