Roterend multimateriaal AM-platform ontwikkeld aan ETH Zurich

Studenten van de ETH Zurich hebben een heel nieuw concept ontwikkeld voor laser powderbed fusion metaalprinters. Met dit concept kunnen ze meerdere materialen in één keer printen. Alles is te danken aan het roterend platform.

De ontwikkeling van deze metaalprinter is een project geweest van zes bachelor studenten van ETH Zurich. Ze kregen de opdracht een LPBF systeem te ontwikkelen dat roteert en dat verschillende materialen in één werkstuk kan printen.

Eerste applicatie is in de ruimtevaart

Ruimtevaartindustrie

Applocatie: de productie van raketmotoren, die tegenwoordig sterk op AM technologie leunen. Meer specifiek: raketstraalpijpen voor ARIS, het Zwitserse Academic Space Initiative, dat zijn eigen raketten bouwt om de ruimte in te gaan en werkt aan een raketmotor die door twee brandstoffen wordt aangedreven. Om de hitte te weerstaan, zou de motor idealiter uit meerdere legeringen bestaan.

Non-stop poeder smelten

Onder leiding van Professor Markus Bambach en Senior Wetenschapper Michael Tucker hebben de studenten, als onderdeel van het Focusproject RAPTURE, het nieuwe concept ontwikkeld in hun vijfde en zesde semester. In amper negen maanden hebben ze het concept bedacht, een prototype gebouwd en getest. De nieuwe machine heeft een roterend platform waardoor het printproces snel en non-stop verloopt. Poeder wordt tegelijk aangebracht en versmolten, wat leidt tot meer productiviteit en ruim twee derde tijdsbesparing bij cilindrische onderdelen. Hoewel de machine ook niet-assymmetrische of zelfs arrays van onderdelen kan produceren, is de roterende methode vooral effectief voor het produceren van precies deze geometrie.

Minder poederafval

In een enkele bewerking kan de machine twee legeringen aan. Omdat de nieuwe methode het materiaal alleen daar deponeert waar het daadwerkelijk nodig is binnen het onderdeel, ontstaat er minder afval dan bij de huidige LPBF processen. Het filteren van poeder dat eenmaal in de bouwkamer is geweest maar niet is gesmolten, is nog steeds een uitdaging in de AM-industrie. Zeker bij kritische toepassingen.

Gasstroom beter regelbaar

De machine beschikt over een mechanisme dat inert gas laat stromen over het gebied waar poeder wordt gesmolten, waardoor oxidatie van het onderdeel tijdens het printen wordt voorkomen. Roet, spatten en andere bijproducten worden via een uitlaat afgevoerd. Michael Tucker geeft aan dat het effect van het gasstroommechanisme op de productkwaliteit aanvankelijk werd onderschat, maar nu als essentieel wordt beschouwd. Door de roterende architectuur van de nieuw ontwikkelde machine zijn de lokale gasstroomcondities beter te regelen dan bij conventionele machines.

Gepatenteerd

Het studententeam ziet niet alleen voor ARIS en andere ruimtevaarttoepassingen potentieel voor de nieuwe technologie, maar ook voor andere toepassingen. Denk aan gasturbines en elektromotoren waar ringvormige geometrieën de norm zijn. Tot nog toe kan men onderdelen printen met een diameter tot maximaal 20 cm. Het team gaat de technologie nu opschalen en versnellen. ETH Zurich heeft het concept van de roterende multimateriaal LPBF technologie inmiddels gepatenteerd. Eind november dingt het team mee aan de Spark Award, een evenement voor de beste uitvinding aan de ETH Zurich van het afgelopen jaar.

Inmiddels is er in CIRP Annals – Manufacturing Technology een wetenschappelijk artikel verschenen.