Schunk ziet 3D printen als goede aanvulling op MIM-technologie
Samenwerking met AIM3D leidt tot koper 3D printen
Batchgrootte is het belangrijkste criterium in de afweging tussen Metal Injection Moulding en 3D metaalprinten. Die conclusie trekt de Duitse toeleverancier Schunk Group, die beide technieken in huis heeft. 3D printen is interessant voor minder dan 100 onderdelen. Dat maakt 3D printen interessant voor de productie van bijvoorbeeld koperen inductoren voor inductieharden van onderdelen. Want de eigenschappen liggen op hetzelfde niveau als koperen MIM-onderdelen.
De Schunk Sinter Metal business, onderdeel van de groep die wereldwijd 9.000 medewerkers telt, heeft al meer dan 90 jaar ervaring met het verwerken van metaalpoeders tot hoogwaardige eindproducten. Daarvoor zet het onder andere Metal Injection Moulding in. Deze businessunit heeft geïnvesteerd in de CEM-technologie van AIM3D.
Low volume productie van koperen inductoren ideale toepassing voor printtechnologie van AIM3D
Geen filament maar pellets
CEM staat voor Composite Extrusion Modelling. In dit proces wordt MIM poeder verwerkt in feedstock voor de 3D printer, maar dit keer niet in de vorm van filament maar pellets. Daarmee kan men gemakkelijker 3D printen. Debinden gebeurt zowel chemisch als thermisch en als laatste stap volgt het sinteren. Twee jaar geleden heeft de toeleverancier al de ExAM 225 multimateriaal 3D printer van AIM3D gekocht en zijn de beide bedrijven gaan samenwerken. Dit is gebeurd op zowel het vlak van materiaalontwikkeling (onder andere koper), de doorontwikkeling van de printtechnologie (onder meer het koelen van de extruder en opspannen met vacuüm) alsook marketing en acquisitie.
Koperen onderdelen voor e-mobility
Een van de concrete resultaten van deze samenwerking is het 3D printen met koper, een materiaal dat aan belangstelling wint naarmate e-mobility groeit. Schunk heeft inductoren ontwikkeld voor het inductieharden van tandwielen voor de automobielsector en voor kettingwielen op kettingzagen. Deze onderdelen ondergaan onder meer inductieharden voor de hoogste mechanische eisen. De fysische eigenschappen van deze koperen componenten zijn een dichtheid van ca. 8,5 g/cm³ (rel. ca. 95-96%) met een geleidingsvermogen van 75-80% (% IACS). De bereikte dichtheidswaarden zijn vergelijkbaar met die van MIM. Met name de dichtheid van het koper is van invloed op de geleidbaarheid, maar ook op de mechanische eigenschappen, zoals hardheid of slijtvastheid.
De voordelen van 3D printen
Christian Stertz, project manager System Engineering bij Schunk, vindt de voordelen van additive manufacturing terug in de ontwerpvrijheid, bijvoorbeeld interne koelkanalen of ondersnijdingen. Bovendien kun je bionische structuren 3D printen die gewicht en materiaal besparen en tegelijk de functionaliteit verhogen. De technologie draagt verder bij aan kostenreducties, doordat bewerkings- en toolingkosten lager liggen omdat het geen matrijsgebaseerd proces is. Het volgende is echter ook van toepassing: het CEM proces is meestal niet geschikt voor zeer eenvoudige geometrieën en voor grote batches, aangezien gevestigde serieproductieprocessen zoals MIM in deze gevallen voordeliger zijn. En precies op dit laatste punt komen 3D printen en MIM samen in zijn ogen.
Protoyping en low volume productie
Schunk focust zich op snelle prototyping en low-volumeproductie, waarbij de batches te klein zijn voor conventionele sintertechnologie. Hier kan 3D printen dus een prima aanvulling zijn. Christian Stertz ziet toepassingen in tal van markten: naast automotive zijn dat de medische industrie, algemene machinebouw, tool industrie, de bouwindustrie, juwelenproductie en consumentenproducten. “Met de verdere ontwikkeling van de vraag van de klant naar nieuwe ontwerp- en materiaalopties, zoals bionisch ontwerp, zal ook het scala van 3D-printtechnologieën zich blijven ontwikkelen. Bepaalde toepassingen geven de voorkeur aan verwerking met bepaalde AM-methoden. Er zullen ook niches ontstaan.”
Meerdere materialen 3D printen
De Schunk-projectmanager ziet in de toekomst een grote rol voor zowel MIM als additive manufacturing, met name voor koperelementen voor elektronica en thermische toepassingen. Daarnaast ziet hij kansen voor de after sales markt, de spare part business. Schunk heeft verder veel belangstelling voor het punt dat de CEM-technologie van AIM3D geschikt is om meerdere materialen in één keer te printen. “In de toekomst zie ik functionele en mechanische optimalisatie van onderdelen plaatsvinden, aangezien een grote verscheidenheid aan legeringen tal van nieuwe ideeën mogelijk zal maken.” Wat additive manufacturing betreft staat de groep volgens hem dan ook pas aan het begin. Ook in de machine- en installatietechniek is er nog een groot ontwikkelingspotentieel. “Natuurlijk zien we bij Schunk niet alleen potentieel in kopergebaseerde materialen. Laag- en hooggelegeerde staalsoorten of op nikkel gebaseerde materialen zoals Inconel of Hastelloy-X spelen ook een rol, evenals op kobalt gebaseerde materialen. Momenteel ligt onze focus minder op aluminium- en titaanlegeringen, maar alle metallische hoogperformante materialen zullen in de toekomst van groot belang zijn.”
