Trumpf en Heraeus: amorfe metalen 3D printen

21 april 2020

2 minutes read

Heraeus Amloy en Trumpf gaan het 3D printen met amorfe metalen geschikt maken voor industriële toepassingen. Amorfe metalen zijn twee keer zo sterk als staal, maar beduidend lichter en elastischer. Dat biedt kansen in belaste en lichtgewicht constructies voor onder andere de lucht- en ruimtevaart en machinebouw, terwijl ook medische componenten denkbaar zijn vanwege de biocompatibiliteit van amorfe metalen.

Het Duitse technologisch familiebedrijf Heraeus (€20,3 miljard omzet) is onder andere met materialen actief in de AM industrie. Startup Heraeus Amloy is in de groep gespecialiseerd in amorfe metalen, die ontstaan als je gesmolten metaal zeer snel afkoelt. Ze worden quasi in hun vloeibare fase ‘bevroren’.

Isotrope eigenschappen

Door de bijzondere microstructuur die dan ontstaat, hebben ze zeer goede mechanische eigenschappen en vertonen ze eigenlijk isotroop gedrag. De mechanische eigenschappen zijn onafhankelijk van de richting waarin het 3D geprint werkstuk wordt opgebouwd. Ook is de corrosieweerstand zeer hoog en zijn de materialen biocompatibel. Tot nog toe worden amorfe metalen vaak verwerkt met metal injection moulding en gieten en walsen, wat minder vormvrijheid biedt.

Commercieel aantrekkelijk proces maken

Tot nog toe staat het 3D printen met amorfe metalen, ook wel liquid metals genoemd, in de kinderschoenen. Trumpf en Heraeus Amloy willen het proces zodanig versnellen en verbeteren, dat dit een volwaardige productietechniek wordt voor industriële toepassingen. “Met de samenwerking zorgen we voor snellere printprocessen en een betere oppervlaktekwaliteit, kortom voor kostenbesparingen voor de klanten”, zegt Jürgen Wachter, manager van Heraeus Amloy. Hiermee maakt men het 3D printen met amorfe materialen voor heel nieuwe toepassingen interessant, verwacht hij.

Een mogelijke toepassing is het 3D printen van een expansiemof met het amorfe metaal. Door de hoge elasticiteit vervormt het beter dan een conventioneel gemaakt verbindingsstuk. Bovendien kan het in één geheel worden geprint in plaats van een samenstelling.

Medische markt voor 3D metaalprinten verder ontsluiten

Dit biedt potenties in uiteenlopende industriesegmenten, niet alleen lucht- en ruimtevaart. Ook de medische industrie is een van de markten waar men zich op richt. “Wij zijn met deze samenwerking een grote kans om de belangrijke medische markt met onze systemen voor industrieel 3D printen verder te ontsluiten”, zegt Klaus Parey, directeur bij Trumpf Additive Manufacturing. Ook in de machinebouw, waar lichtgewicht eveneens een thema is, biedt het 3D printen van deze metalen nieuwe toepassingsmogelijkheden. Amorfe metalen zijn uit zichzelf al zeer licht, in combinatie met 3D printen kan men tot nog lichtere constructies komen.

TruPrint 2000 maar ook op de andere TruPrint machines

De eerste onderdelen hebben de beide bedrijven geprint op de TruPrint 2000. In deze machine wordt het restpoeder tijdens het proces onder beschermgas bewaard voor een volgende printjob. Voor amorfe metalen is dit belangrijk omdat ze heel snel reageren met zuurstof. Trumpf heeft de productiviteit van de TruPrint 2000 vergroot door de machine met twee 300 Watt lasers uit te rusten en een optisch element met een focusdiameter van 55 micrometer zorgt voor een hoge oppervlaktekwaliteit. Hereaus Amloy heeft de materialen aangepast voor de TruPrint 2000. Klanten die een andere TruPrint machine hebben, kunnen al aan de slag met zirkonia gebaseerde legeringen van Heraeus Amloy. In de toekomst willen de twee bedrijven ook de koper- en titaanlegeringen van Hereaus Amloy geschikt maken voor 3D printen.