INSIDE Metal AM - technisch en economisch verantwoord kiezen voor AM met staal

Additive manufacturing (AM) wordt al enkele jaren op grote schaal ingezet voor hoogtechnologische toepassingen in de vliegtuig- en automobielindustrie en in de medische sector, maar biedt ook veel mogelijkheden voor bredere toepassingen in de industrie. Hoe AM van stalen onderdelen toegankelijker kan worden voor een brede basis van Vlaamse bedrijven, zoeken we voor én met u verder uit.

Op basis van bestaande kennis en bijkomend toegepast onderzoek zullen CRM, BIL en Sirris in het project ‘INSIDE Metal AM’, richtlijnen en flowcharts definiëren die helpen om de keuze te maken tussen productie via AM of traditionele technieken, op basis van zowel technische als economische argumenten.

Daarnaast zullen richtlijnen uitgewerkt worden die moeten toelaten de technische complexiteit van het AM-productieproces te kanaliseren en al vanaf de eerste batch een kwalitatief hoogstaand en certificeerbaar product af te leveren ('first time right'). Hieronder vallen onder andere richtlijnen voor materiaalkeuze, kwaliteitscontrole en certificatie van grondstoffen, keuze van procesparameters en nabehandeling.

De focus van het project ligt op de materiaalkant van het additief produceren. Meer specifiek zal het project kijken naar het 3D-printen van hogesterkte- en roestvast staal. Beide materiaalklassen zullen geëvalueerd worden voor drie verschillende 3D-printtechnologieën: selective laser melting (SLM – poederbed), direct metal deposition (DMD) en wire arc additive manufacturing (WAAM).

De materialen die geselecteerd werden voor gebruik in dit project zijn: Hoogsterktestaal: H13 (SLM), 17-4PH (SLM), S355 (WAAM) Roestvaststaal: 316L (SLM, DMD, WAAM), Duplex 2209 (WAAM)

Concreet zullen volgende elementen bekeken worden:

  • Materialen en grondstoffen: beschikbare materialen worden in kaart gebracht; keuzehulp voor het selecteren van de juiste materialen wordt opgesteld; er wordt een overzicht gegeven van bestaande en nieuwe richtlijnen voor opslag, transport en omgang met poeders; en er wordt een vereenvoudigde methodologie voor kwaliteitscontrole van poeders voorgesteld.
  • Link Materiaal-Proces-Structuur: De link tussen materiaal, procesparameters en structuur zal in kaart gebracht worden, door empirisch correlaties op te stellen en richtlijnen te definiëren voor de gebruikers. Voor SLM zal ook gekeken worden naar de invloed van de positie van onderdelen op de bouwplaat. Verder zal de impact van de thermische cyclus waaraan het materiaal wordt blootgesteld onderzocht worden d.m.v. modelleren en het gebruik van IR camera’s tijdens het proces.
  • Nabehandeling: Een optimale nabehandeling voor geprinte componenten zal gezocht worden, zodat deze de vereiste mechanische eigenschappen verkrijgen voor de industriële toepassing. De focus zal liggen op warmtebehandelingen en oppervlaktebehandelingen zoals tribo-finishing, laser textureren en mechanische nabewerking.

De opgebouwde kennis en richtlijnen zullen afgetoetst worden door het uitwerken van een aantal demonstratoren. De keuze van de demonstratoren zal in nauwe samenwerking met de bedrijven uit de gebruikersgroep gemaakt worden. Finaal zullen deze demonstratoren ook gebruikt worden om een economische evaluatie van het gebruik van 3D printen ten opzichte van traditionele technieken te maken.

Doelstellingen

Bedrijven sneller en succesvol de omslag laten maken naar 3D-printen door:

  • bewustmaking van en informeren over de impact van de materiaalkeuze, procesparameters, (thermische) nabehandeling op de (micro-)structuur en de eigenschappen; 
  • richtlijnen te definiëren voor het produceren van 3D-geprinte stukken uit ferro-legeringen met goede en consistente mechanische eigenschappen; 
  • richtlijnen te definiëren inzake certificatie en kwaliteitscriteria voor grondstoffen, processen en eindproducten;
  • evaluatie van performantie en kost van het 3D-geprinte stuk ten opzichte van conventionele productietechnieken;
  • opstellen van een flowchart voor de bedrijven om de (on)mogelijkheden van AM voor hun toepassing te identificeren en hen te oriënteren in hun keuze van materiaal, proces en nabehandeling voor de productie en gebruik van stukken met goede en consistente eigenschappen. 

Doelgroep

Het project richt zich tot een ruime doelgroep van bedrijven reeds actief of met potentiële toekomstige activiteiten in de volledige waardeketen van het 3D-metaal printen met (hoogsterkte)-stalen en inox: (potentiële) producenten van componenten via 3D-printen, (potentiële) gebruikers, fabrikanten van printmachines, nabehandelaars (thermisch behandelen, oppervlakte behandeling), toeleveranciers van metalen (poeder, draad). Het aantal bedrijven binnen deze doelgroep in Vlaanderen wordt geschat op 240 bedrijven, waarvan de overgrote meerderheid (92 procent) kmo's.

Bedrijven met interesse in dit project, algemene vragen rond 3D-printen met staal of concrete ideeën voor demonstratoren kunnen zich melden bij de projectverantwoordelijke.

Resultaten

(Volgt later)

Activiteiten

Oktober 2019 – Gebruikersgroepvergadering en rondleiding bij ENGIE Laborelec, ENGIE, Linkebeek

10-04-2018 – Gebruikersgroepvergadering en rondleiding bij VAC Machines Lasertechnologie, VAC Machines, Brugge

11-10-2018 – Gebruikersgroepvergadering en rondleiding in de faciliteiten van Sirris’ Integrated Factory for Additive Manufacturing, Sirris, Diepenbeek

18-04-2018 – Kick-off meeting en gebruikersgroepvergadering, CRM, Zwijnaarde