Het Fraunhofer ILT toont op de komende editie van Formnext de actuele onderzoeksresultaten van het 3D printen met zuiver koper. Tot nog toe zijn alleen koperlegeringen geschikt voor de poederbed 3D printtechnologie. Het Akense laserinstituut ontwikkelt een groene laser die dankzij de andere golflengte beter geschikt is voor het lasersmelten van koper.

 

Eerste presentatie op Formnext 2017

Het probleem als je zuiver koper gaat printen, is de reflectie van het materiaal. “Puur koper reflecteert, bij de gebruikte golflengte van 1 µm, het grootste deel van de straling. Dat is mede afhankelijk van de oppervlakte eigenschappen”, legt Daniel Heussen uit, wetenschappelijk medewerker van de groep Rapid Manufacturing van het Fraunhofer laserinstituut. Hierdoor blijft slechts een gering deel van de energie over voor het smeltproces. Bovendien kunnen de reflecterende laserstralen van de infraroodlaser bepaalde componenten van de 3D metaalprinter beschadigen.

 

515nm golflengte beter geabsorbeerd

Groen laserlicht heeft een golflengte van 515 nm. Die wordt door koper veel beter geabsorbeerd. Theoretisch zou je dan ook met een minder krachtige laserbron kunnen volstaan. Er is echter in de markt geen groene laser beschikbaar die aan de randvoorwaarden van het lasersmeltproces voldoet. Daarom hebben de onderzoekers in Aken besloten zelf een nieuwe laserbron te ontwikkelen. Deze singlemode continue (cw) laser krijgt een vermogen van 400 Watt en heeft een golflengte van 515 nm. Omdat het groene laserlicht zich beter laat bundelen, verwacht men met de nieuwe laser veel fijnere contouren te kunnen printen. Het Fraunhofer ILT wil tegen het einde van dit jaar de laserbron én een stabiel printproces gereed hebben voor verder onderzoek.

 

Met de groene laser kunnen puur koperen werkstukken additief geproduceerd worden.

 

Verschillende toepassingen groene laser

Het project wordt gesubsidieerd door de AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen Otto von Guericke e.V. De toepassingen waar de wetenschappers aan denken, moeten gezocht worden in producten waarin zowel elektrische als warmtegeleiding belangrijk zijn. “In de industriële toepassingen lijken vooral spoelen voor inductieverwarming zeer geschikt”, aldus Daniel Heussen. “Deze worden meestal in kleine aantallen gemaakt, met een hoge mate van complexiteit en variaties. Dat is een typisch voorbeeld voor de additieve productie.” Daarnaast ziet hij kansen in de sierraden industrie. Met de groene laser kun je complexe structuren waarschijnlijk veel gunstiger en beter reproduceerbaar 3D printen dan met conventionele technieken. De groene laser is waarschijnlijk ook geschikt voor andere materialen die in de sierradenindustrie gebruikt worden.

 

Betere detaillering

Het onderzoeksteam in Aken verwacht dat de detaillering van het 3D printen met een groene laser veel beter zal zijn dan vergeleken met elektronenstraal smelten. Hoewel het project nog tot midden 2019 loopt, gaat het Fraunhofer ILT het via een schaalmodel en een eerste procesvideo presenteren op Formnext (hal 3, stand F50).