naar top
Menu
Logo Print

METAALPOEDER VEROVERT WERELD

Selectie, gebruik en hantering

Alternatieve uitgangsmaterialen introduceren altijd nieuwe zorgen, zelfs bij de schijnbaar simpele overstap van massief naar poeder. Nog complexer wordt de situatie als er tegelijk wordt gewisseld van het klassieke verspanen naar slim, laagsgewijs opgroeien als additief fabriceren en 3D-printen. Applicatie, machine, software en basismateriaal zijn namelijk 1 op 1 afhankelijk van de invulling in de totale fabricageketen. Binnen industrieel AM en 3DP in metaal worden de cruciale materiaalaspecten nog te vaak vergeten, tenminste gezien het geringe aantal publicaties. Vandaar dit overzicht van aspecten die in het complexe Additive Manufacturing, met deels nieuwe metaalpoeders, een essentiële en soms kritische rol spelen.

PRODUCTGENERATIE UIT POEDER

De industrie worstelt momenteel met een enorme diversiteit aan prille, innovatieve opgroeiprocessen, die complexe producten met een hogere functionaliteit en een toegevoegde waarde fabriceren uit één stuk rechtstreeks vanuit 3D-CAD. Traditionele subtractieve methodes verwijderen metaal van een overgedimensioneerde blank, terwijl Additive Manufacturing een radicaal ander vertrekpunt kent: uitsluitend waar nodig op de productdoorsnede selectief fijne poederlaagjes toevoegen en smelten tot het enkelstuks of kleineserieproduct klaar is. Deze wijze van produceren resulteert in de praktijk in het laagst haalbare materiaal- en energieverbruik, volumetrisch gezien, en reduceert het afval drastisch, terwijl bewerkelijke matrijzen vervallen. Eenmaal specifiek op AM geconstrueerd, vallen deze componenten nog nauwelijks conventioneel te produceren. Inmiddels zijn de ontwikkelingen al zo ver dat AM-delen met 99,5-99,98% dichtheid gemiddeld niet onderdoen voor gegoten versies. Gesmede stukken zijn in de categorie van near-net-shapeproducten wél nog superieur.

POEDERMETALLURGIE IN OPMARS

Op zich is poedermetallurgie niet nieuw. In het Philips Technisch Tijdschrift, jaargang 1939, meldde prof. J.F. Fast (Philips NatLab) al dat hij over metaal in die uitgangsvorm beschikte. De geconcentreerde energiebron die hem moest helpen in de omzetting van poeder naar fysiek product, ontbrak op dat moment echter. Andere technieken zoals sinteren, MIM en vlamspuiten passen poedermetaal wél al decennialang toe. Intussen wordt er echter een breed AM-spectrum aangeboden, deels voor open gebruik, deels machinespecifiek of als geoptimaliseerde special.

SLM en LMD favoriet

De toonaangevende AM-technologieën poederbedsmelten (Selective Lasermelting) en laserdepositie (Laser Metal Deposition) gaan bij het direct en gelaagd opbouwen uit van selecte metalen in poedervorm.

Kostprijs in relatie tot aanbod

Globaal ligt het prijsniveau van poeders hoog, vergeleken met de materiaalkost per kilogram oplopend tot een factor 4 à 5. Schrik niet als er in de voorraadcontainer of machinetank een klein kapitaal verstopt zit dat kan oplopen tot tienduizenden euro's. Nu de grootste vliegtuig- en machinebouwers zich op AM als groeimarkt storten, komt de grootschalige productie in zicht (o.m. door de opstart van productie-units specifiek voor poeders), wat de prijs zal drukken.

SPECIALE FABRICAGE

Poedermetalen zijn op verschillende manieren te produceren, waarbij er geen sprake is van simpel een standaardrecept uitvoeren. Over het algemeen ontstaat poeder door een straal fijne smeltdruppels snel af te koelen. Deze aanpak kan echter grote verschillen opleveren in kwantiteit en kwaliteit: geen proces produceert immers een vaste maat en vorm. Vooral de snelheid waarmee deeltjes stollen, is vormbepalend.

  • Gasverneveling produceert overwegend bolvormige deeltjes van goede kwaliteit.
  • De VIM-versie (Vacuum Induction Melting) levert poeder van hooghittebestendige legeringen zonder O2-sporen doordat dit proces in vacuüm verloopt.
  • Middels het spuiten van vernevelde smelt in een hogedrukwaterfilm ontstaat er bij het wateratomiseren onregelmatig poeder van lagere kwaliteit.
  • Het jongste plasmavernevelen smelt met plasmatoortsen een continu aangevoerde draad af.
  • Centrifugaal atomiseren (REP) gebruikt daartegenover een snel roterende elektrode die afsmelt met weinig vreemde insluitsels, zodat dezelfde chemische samenstelling blijft bestaan, ook bij hooggelegeerd metaal.
  • Elektrolyse genereert een sponsachtig poeder dat meestal nog gecrusht wordt.

In de praktijk is sprake van onderlinge verschillen per fabrikant, bestelling en zelfs per batch. Bijgevolg is eigenlijk geen enkel poeder standaard, buiten de essentiële elementen. Dit is meteen ook de reden waarom verschillende machineleveranciers vaak hun 'eigen' recept aanbevelen.