Warmtebestendige materialen zijn moeilijk om te vormen met klassieke bewerkingstechnologie. Dat heeft te maken met de aanwezigheid van de nikkellegering Inconel®, die bestand is tegen temperaturen tot 1.000 °C. Op de afgelopen EMO toonde TRUMPF het antwoord op deze uitdaging. Dankzij 3D-printen kunnen Inconel® stukken sneller, goedkoper en met een hogere kwaliteit geproduceerd worden.
3D-printers gebruiken enkel de hoeveelheid poeder die nodig is om het stuk te maken. In tegenstelling tot klassieke verspaningsmethodes zoals draaien en frezen waar materiaal wordt weggenomen. Daarnaast zal er quasi geen manuele post-processing nodig zijn, wat de gereedschapskosten aanzienlijk terugdringt. Bovendien zal 3D-printen borg staan voor een hoge kwaliteit omdat het zo eenvoudig wordt om complexe geometrieën te creëren.
De TruPrint 3000 3D-printer van TRUMPF is de perfecte machines voor het maken van componenten voor energieopwekking. (Beeld: Martin Stollberg)
Uitdagingen van warmtebestendige materialen
Warmtebestendige materialen spelen een sleutelrol in vele sectoren, waaronder luchtvaart en energie. Verspanen van Inconel gaat echter moeilijk en kost veel omdat de gereedschappen snel zullen verslijten. Dit heeft in bepaalde gevallen ook zijn impact op de kwaliteit, wanneer de slijtage van het snijgereedschap niet tijdig gedetecteerd wordt. Zo gaat er te veel materiaal verloren. Typische stukken in Inconel, zoals turbineschoepen en waaiers van gascompressoren, zijn vaak ook complex. Operatoren moeten soms tot 80% van het ruwe materiaal wegfrezen om de gewenste vorm te krijgen. Gezien de kostprijs van 100 euro per kg, zorgt dit voor een aanzienlijke rekening.
Snelle productie, duurzaam omspringen met grondstoffen
De TruPrint 3000 3D-printer die TRUMPF voorstelde op de EMO is de perfecte keuze voor toepassingen met Inconel®. Met zijn kamer van 40 x 30 cm kan de TruPrint 3000 meerdere stukken tegelijk produceren. Het systeem biedt ook oplossingen voor geautomatiseerde kwaliteitscontrole zoals monitoring van het poederbed en het smeltbad. Twee voorbeelden toonden waarom TRUMPF het perfecte antwoord op de uitdagingen van warmtebestendige materialen heeft. Het eerste was een 3D-geprinte waaier voor een gascompressor. Dit stuk vindt zijn weg naar drones voor postbezorging, modelvliegtuigjes en kleine turbines. “Het toont perfect hoe we de sterktes van 3D-printen kunnen benutten”, vertelt Andreas Margolf, projectmanager bij TRUMPF Additive Manufacturing. “Het kost normaal acht dagen om het stuk uit een blok Inconel te frezen. De TruPrint 3000 3D-printer kan daarentegen drie waaiers tegelijk bouwen op het printplatform. Elk stuk is klaar op vier dagen, inclusief post-processing. Zo gaat er ook slechts 20% materiaal verloren, met name bij het frezen in de nabewerking. 3D-metingen hebben uitgewezen dat de kwaliteit ook even hoog ligt als bij het origineel.”
TRUMPF kreeg de opdracht van Toolcraft om een inlaatschoep gebruikt in vliegtuigmotoren te produceren. Totale kostenbesparing: 20%. (Beeld: Claus Morgenstern)
Lagere kosten en korte levertijden
Een tweede showcase op de stand op de EMO was een inlaatschoep besteld door Toolcraft. De schoepen leiden de luchtinstroom en de uitlaatgassen door de motor. Ze bestaan uit zestien gebogen schoepen die rond een gemeenschappelijke as zijn gebouwd. Door de complexe geometrie, kost het 15 uur om het materiaal te verwijderen. De operatoren moeten heel veel tijd steken in het programmeerwerk om te verzekeren dat de schoepen correct geproduceerd worden. Het stuk passeert drie keer door de freesmachine vooraleer het zijn definitieve vorm bereikt, waarbij 85% van het materiaal verwijderd wordt. 3D-printen met het TruPrint 3000 systeem van TRUMPF is aanzienlijk efficiënter. De printtijd per stuk is gereduceerd tot zes uren, met slechts minimaal freeswerk voor de afwerking. De lagere gereedschaps- en materiaalkosten brengen de kostprijs van het stuk met 20% naar beneden. Stefan Auernhamm van Toolcraft ziet vooral potentieel voor 3D-printen in reserveonderdelen en kleine series. “Wat moeilijk te verspanen materialen betreft, worden klassiek verspaande reserveonderdelen steeds duurder. De kostprijs van 3D-geprinte stukken blijft daarentegen dalen. Een ander voordeel is dat we de afgewerkte stukken sneller kunnen uitleveren, wat voor veel klanten een beslissingsfactor is.” Met 3D-printen kan het ontwerp van de schoepen nog verder geoptimaliseerd worden. Zo zou men holle structuren kunnen gaan gebruiken om het koeleffect nog te verhogen.