Maakt elektrochemisch verspanen (ECM) 3D metaalprinten geschikt voor de productie van precisie-componenten? Het onderzoeksteam van professor Dirk Bähre van de Universiteit Saarland denkt van wel. Het ontwikkelt een elektrochemisch nabewerkingsproces voor AM-delen, die daarmee een nauwkeurigheid op van een duizendste millimeter krijgen.
Toleranties van veel onderdelen uit de lucht- en ruimtevaartvaart industrie liggen in het micronbereik. Dat zet additive manufacturing op achterstand, want zulke nauwkeurigheden zijn niet haalbaar met 3D metaalprinten. En dat terwijl uitgerekend voor de complexe vliegtuigonderdelen, vaak samenstellingen van meerdere precisie-onderdelen, 3D metaalprinten zich leent vanwege de functie-integratie. Het onderzoeksteam van professor Bähre combineert daarom 3D metaalprinten met ECM. Daarmee veranderen ze het ruwe oppervlak van AM-werkstukken in hoog nauwkeurige oppervlakken. “Met onze technologieën voor de afwerking van metalen onderdelen kunnen we op kosteneffectieve wijze nauwkeurige functionele oppervlakken voor zeer nauwkeurige toepassingen produceren. Zelfs grote aantallen kunnen economisch worden geproduceerd”, legt hij uit.
Onderzoeksgroep Universiteit Saarland haalt nauwkeurigheiden tot duizendste millimeter
Elektrochemisch ablatie van AM-componenten
Precisiebewerken is een specialiteit van de in Saarbrücken gevestigde productie-ingenieur en zijn onderzoeksgroep. Ze hebben nieuwe processen ontwikkeld door het combineren van metallisch 3D-printen met elektrochemische ablatie. Elektrochemische ablatie maakt het mogelijk om zelfs de meest gecompliceerde geometrieën in het hardste metaal te implementeren. “Het is een schadevrije, contactloze productietechnologie die ons in staat stelt om complexe componenten en hoogwaardige materialen efficiënt te verwerken”, legt Bähre uit. De materialen krijgen in het bad met een elektrolytoplossing de exacte geometrie, tot op duizendste millimeter nauwkeurig, volledig zonder enige kracht of mechanische effecten op het materiaal.
AM-werkstuk wordt gebruikt als anode
Het enige wat de ingenieurs hiervoor nodig hebben is elektrische stroom: deze stroomt tussen de kathode en de anode, in dit geval het te verwerken materiaal uit de 3D-printer. Kleine metaaldeeltjes worden weggespoeld door de elektrisch geleidende vloeistof bestaande uit water en zout: de metaalionen komen vrij uit het werkstuk. “Door stroompulsen en trillingen van het gereedschap bereiken we een bijzonder gelijkmatige verwijdering met zeer gladde oppervlakken en hoge precisie”, legt Bähre uit.
Wisselwerking parameters onderzoeken
In een groot aantal experimenten, gedaan in het kader van een Europees onderzoeksproject, produceren de onderzoekers van de Universität Saarland hiervoor onderdelen in een 3D-printer en onderzoeken ze hoe de juiste elektrochemische verwerking moet worden uitgevoerd. “We kijken goed naar de wisselwerking tussen de verschillende parameters en bepalen hoe het productieproces het beste in elkaar steekt”, legt de ingenieur uit. Zo kan bijvoorbeeld de volgorde waarin de processtappen worden uitgevoerd doorslaggevend zijn. Dankzij dit onderzoek beschikken de productie-ingenieurs over vele parameterinstellingen waarmee ze hun processen op maat kunnen maken en doelgericht kunnen bijsturen. “Om het afwerkingsproces te optimaliseren, is een diepgaand begrip van het materiaal en het proces noodzakelijk. Zo moeten we bijvoorbeeld precies begrijpen wat er met het metaal gebeurt tijdens het voorafgaande 3D-printproces. Daarom onderzoeken we welke microstructuur er in het proces ontstaat. Door processen en materiaalgedrag te onderzoeken, kunnen we dit gebruiken als basis voor de verdere ontwikkeling van elektrochemische methoden om met hoge precisie gladde oppervlakken of complexe geometrieën te verkrijgen”, besluitt professor Bähre.
