Nieuwe printtechniek maakt 3D-printen van metaal minder tijdrovend

Een nieuwe 3D-printtechniek maakt 3D-printen in metaal aanzienlijk minder tijdrovend. Niet alleen zijn objecten met behulp van de techniek sneller printbaar, ook neemt de nabewerking van geprinte objecten minder tijd in beslag.

De techniek is ontwikkeld door een onderzoeksteam onder leiding van Franz Haas, hoofd van het Institute of Production Engineering van de Oostenrijkse TU Graz. De techniek van het team heet Selective LED-based melting (SLEDM).

Sneller dan SLM en EBM

De techniek lijkt op het eerste oog op selective laser melting (SLM) en electron beam melting (EBM), waarbij metaal in poedervorm met behulp van lasers of elektronenstralen wordt uitgehard. Door het materiaal in specifieke vormen uit te harden is het mogelijk laag voor laag een object op te bouwen. SLEDM biedt eveneens deze mogelijkheid, maar neemt minder tijd in beslag.

Het belangrijkste verschil tussen SLEDM en SLM of EBM is dat bij SLEDM een LED-straal het metaalpoeder smelt, in plaats van een laser- of elektronenstraal. De LED’s die het team hiervoor gebruiken zijn speciaal ontwikkeld door de verlichtingsspecialist Preworks. Zo zijn de LED’s voorzien van een complex lenssysteem waarmee de focus van de lens gedurende het smeltproces eenvoudig gewijzigd kan worden tussen 0,05 en 20 millimeter. Dit maakt het mogelijk in één keer een groter oppervlak te smelten dan met SLM of EBM mogelijk is. De onderzoekers stellen dat hun techniek het printen van componenten gemiddeld met een factor twintig versnelt.

Minder tijd kwijt aan nabewerking

Een ander belangrijk verschil is de nabewerking, waarbij doorgaans onder meer ondersteunende structuren van het geprinte object worden verwijderd. Dit proces vindt in belangrijke mate handmatig plaats en is dan ook tijdrovend. Bij de SLEDM-techniek wordt dit proces deels tijdens het printproces uitgevoerd. “Het tijdrovende, vaak handmatige bijwerken dat met huidige technieken vereist is om bijvoorbeeld ruwe oppervlaktes glad te maken en ondersteunende structuren te verwijderen, is niet meer nodig. Dit bespaart waardevolle tijd”, legt Haas uit.

De TU Graz wil de SLEDM-techniek in de praktijk inzetten in het project CAMed van de Medische Universiteit van Graz. Binnen dit project is in oktober 2019 een laboratorium voor medisch 3D-printen geopend. SLEDM wordt ingezet om bioresorbeerbaar metalen implantaten te printen. In het specifiek gaat het hierbij om schroeven van een magnesiumlegering die vaak wordt gebruikt voor het herstel van botbreuken. De implantaten lossen op in het menselijk lichaam nadat de botbreuk is hersteld. Een tweede operatie – die vaak erg stressvol is voor patiënten – is hierdoor niet meer nodig.

Ook andere toepassingen

Ook buiten de medische sector zien de onderzoekers toepassingen. Onder meer voor de productie van componenten voor componenten van accusystemen of bipolaire platen voor brandstofcellen. Een bipolaire plaat functioneert als anode voor één brandstofcel en tegelijker als kathode voor de aangrenzende brandstofcel. De komende tijd richt het team van Haas zich op de productie van een prototype dat geschikt is voor de markt.

Auteur: Wouter Hoeffnagel