NLR print twee metalen in één product

Als afronding van een multi-materialen 3D print project heeft het NLR (Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum) een demonstrator geprint die bestaat uit twee bijzondere metaallegeringen. Dit is interessant omdat veel onderdelen en constructies bestaan uit meer materialen, waarbij het ideaal zou zijn als deze gradueel in elkaar zouden overgaan. De demonstrator is geprint bij het Metal Additive Manufacturing Technology Centre (Mamtec) van het NLR in Marknesse.

De demonstrator bestaat uit een opengewerkte warmtewisselaar die geprint is met poeder van roestvast staal (SS 316) en een nikkel superlegering (Inconel 718). Bij de overgang van Inconel 718 naar SS 316 zijn om en om laagjes van het ene en het andere materiaal geprint. Doordat de laser niet alleen het poeder smelt, maar ook een deel van de onderliggende laagjes, vormt zich lokaal een geleidelijke overgang van Inconel 718 naar SS 316.

De inspiratie voor de keuze van deze twee materialen komt van een warmtewisselaar van Nasa's nucleaire energie-installatie voor toekomstige maan- en marskoloniën. Hierbij wordt SS 316 gebruikt voor structurele delen van de reactor en Inconel 718 voor het gedeelte van de energie-omzetting. In de warmtewisselaar, die beide systemen aan elkaar koppelt, loopt de temperatuur op en is het dus wenselijk om over te gaan van SS 316 naar Inconel 718.

Metal-composites

Naast het printematrixn van twee metalen met een geleidelijke overgang, is er in dit multi-materialen project ook onderzoek gedaan naar het printen van metaallegeringen met keramische deeltjes, zogenoemde metal matrix composites (MMC's). Deze deeltjes verhogen de stijfheid, temperatuurbestendigheid en de slijtvastheid. Het verspanen van dit soort materialen is lastig en geeft veel slijtage aan het snijgereedschap. Daarom heeft het met grote nauwkeurigheid printen van MMC's veel voordelen. Binnen het project zijn de mogelijkheden onderzocht van het printen van PM1000, een extreem slijtvaste en hittebestendige nikkellegering met yttriumoxide deeltjes, en een aluminiumlegering met siliciumcarbide deeltjes.

Het 3D printen van MMC's is niet eenvoudig. De MMC grondstof gedraagt zich anders dan de gangbare metaalpoeders die bij 3D metaal printen gebruikt worden en speciale procesparameters moeten worden ontwikkeld om optimale materiaaleigenschappen te verkrijgen. Een volgende stap is om met geïnteresseerde industriële partijen toepassingen te ontwikkelen met 3D geprinte MMC's.

TO2 samenwerking

Het onderzoek naar het 3D printen van verschillende materiaalcombinaties is verricht binnen het ‘Multi-Material Additive Manufacturing' programma dat is uitgevoerd in samenwerking met de TO2 instituten TNO, ECN en NLR en gefinancierd door het Ministerie van Economische Zaken.

Mamtec

Bij het Metal Additive Manufacturing Technology Centre (Mamtec) van het NLR wordt gewerkt aan het verbeteren van 3D printen van metalen onderdelen. Kwaliteit en certificering van geprinte onderdelen is belangrijk, vooral in de luchtvaart. Het is dus noodzakelijk om te onderzoeken welke procesparameters de performance van een geprint onderdeel beïnvloeden. Het Mamtec beschikt naast een poederbedmachine over test- en modelleer capaciteiten en is daarmee hét onderzoekscentrum voor 3D printen van metalen in Nederland.