Technology

Verlaagt laserpolijsten de instapdrempel voor 3D metaalprinten?

Lion Lasers brengt heel gericht met laserpolijsten Ra-waarde tot onder 2 micron

Met laserpolijsten lukt het om de oppervlakteruwheid van 3D geprinte metalen componenten met 50 tot 90 procent te verbeteren. Ra-waarden van 2 micron zijn haalbaar, zegt Edwin Kroon van Lion Lasers. Hij heeft voor Trivium Packaging in Deventer testen gedaan met het laserpolijsten van metalen AM-componenten.


Edwin Kroon is van huis uit dierwetenschapper. Al tijdens zijn studie verbaasde hij zich erover dat in de natuur eigenlijk alles een reliëf heeft, inclusief de vleugels van vogels, maar de vliegtuigbouwers hun vliegtuigen polijsten om deze zo glad mogelijk te maken. “Wat als we de verenstructuur kunnen kopiëren naar de oppervlaktestructuur van een metalen onderdeel, kopiëren we dan ook bepaalde eigenschappen mee?”, zegt Edwin Kroon over zijn fascinatie om met laserlicht oppervlaktestructuren te veranderen. Tegenwoordig werkt hij als laser expert bij Lion Lasers, dat industriële lasermachines ontwikkelt en bouwt voor graveren, markeren en snijden.

Gladder oppervlak zonder dat eigenschappen materiaal veranderen

Veranderen eigenschappen na laserpolijsten?

Nadat hij een aantal testen met laserpolijsten van additief vervaardigde metalen onderdelen voor het Lectoraat Kunststoftechnologie van Windesheim heeft gedaan, is hij in contact gekomen met Trivium Packaging in Deventer, producent van metalen voedselverpakkingen. Daar was de vraag wat er met de hardheid en andere eigenschappen gebeurt als je 3D metaal geprinte onderdelen met een laser polijst om het oppervlak gladder te maken. Zo’n vraag is een kolfje naar Edwins hand, die van een onbekende oneffenheid een bekende oneffenheid wil maken om daarna geautomatiseerd met de laser het oppervlak te bewerken. Na een aantal testen met verschillende parameters heeft hij de oppervlakteruwheid tot Ra 2 micron kunnen reduceren, terwijl de hardheid slechts marginaal hoger ligt. “En we kunnen qua ruwheid nog verder naar beneden”, zegt hij.

Scanpatroon doorslaggevend

Edwin Kroon heeft voor het experiment een gepulste fiberlaser met een golflengte van 1064 nanometer gebruikt met een vermogen van 60W. Hij laat de laserstraal met een snelheid tussen 1000 en 4000 mm per seconde over het oppervlak gaan, eerst van links naar rechts en dan nog een keer kruislings. Doordat hij de laserstraal heel nauwkeurig kan sturen, kan hij precies de toppen die je ziet als je het oppervlak onder een elektronenmicroscoop bekijkt, smelten en weer laten stollen zodat de dalen opgevuld worden. Op die manier verbetert de oppervlakteruwheid aanzienlijk. Tegelijk verandert de hardheid amper omdat hij niet meer energie in het werkstuk brengt dan nodig is. “De hardheid ging van 50 HV naar 51, niet veel, het wordt zeker niet bros”, zegt Edwin Kroon.

Ander resultaat dan Chinese onderzoekers

Hierin verschillen zijn resultaten van die van een Chinees onderzoeksteam, dat het laserpolijsten van metalen AM-componenten onlangs tijdens een conferentie bij het Fraunhofer presenteerden. Het Chinese team gebruikte een laser met een vermogen van 90W en scansnelheid die een minimaal een factor 10 lager ligt. “Hun proces is dus veel trager en zij veranderen alleen de snelheid; ik verander tussen de stappen door alle parameters. Als het oppervlak al gladder is, heb je de extreme energie niet meer nodig.” Door de lage snelheid en het hogere vermogen brengen de Chinese onderzoekers per vierkant centimeter meer warmte in het materiaal en verandert de hardheid in hun testen wel.

Op deze foto is duidelijk te zien hoe de oppervlakteruwheid verbetert door het laserpolijsten.

Instap in 3D metaalprinten vergemakkelijken

Lion Lasers ontwikkelt industriële lasersystemen. In de industrie zijn cyclustijden belangrijk. Daarom werkt Edwin Kroon al aan de volgende stap in het proces: onderzoeken hoe hij de cyclustijd omlaag kan brengen zonder dat de oppervlaktekwaliteit daar te veel onder leidt. “Tijd is geld en glad genoeg is glad genoeg.” Begin 2021 start een student van Windesheim op Perron 038, waar de 3D metaalprinter van de hogeschool staat, aan een onderzoek naar het verbeteren van het laserpolijsten. Edwin Kroon ziet nu al, op basis van de eerste resultaten, dat hier kansen liggen om het probleem met de oppervlakteruwheid van de 3D geprinte metalen componenten op te lossen. Hierdoor wordt handmatig – en dus kostbaar – nabewerken van de onderdelen vermeden, waardoor bedrijven wellicht eerder in een 3D metaalprinter zullen investeren.  Bovendien zijn er mogelijkheden om met de laser alleen die delen van het product te polijsten waar een lage Ra-waarde geëist wordt. “Als je vanuit het 3D CAD-model start, kun je alleen die delen polijsten waar het oppervlak glad moet zijn.”

Om bedrijven op weg te helpen, overweegt Lion Lasers naast de bouw van een instapmodel ook het laserpolijsten als service te gaan aanbieden.

Foto’s: Edwin Kroon / Lion Lasers

Back to top button
Gratis e-mailnieuwsbrief en kwartaalmagazine

Gratis e-mailnieuwsbrief en kwartaalmagazine

Schrijf je hier in voor de wekelijkse e-mailnieuwsbrief. Je ontvangt dan tevens vier keer per jaar het magazine, digitaal of print. 

You have Successfully Subscribed!