Hoogwaardige materialen voor 3D-printen zijn materialen met unieke eigenschappen die ze ideaal maken voor speciale toepassingen van hoge kwaliteit.
Polymeren zoals siliconen, TPE, TPU en PEEK, metalen zoals wolfraam, koper en hoogwaardig aluminium (scalmalloy) en technisch keramiek zoals Alumina, Zirconia en Silica zijn enkele van de hoogwaardige materialen voor 3D-printen.
Al deze materialen kenmerken zich door hun unieke eigenschappen, of het nu gaat om hittebestendigheid, extreme hardheid, bio-compatibiliteit of rubberachtige eigenschappen.
Hoogwaardige polymeren voor 3D-printen
Hoogwaardige polymeren zijn een groep kunststoffen met betere mechanische of thermische eigenschappen dan de meer algemeen voorkomende plastics zoals nylon, PS, PP, PE, PET, enz. Hoewel het geenszins een definitieve lijst is, lichten we er drie interessante hoogwaardige polymeermaterialen uit: PEEK, TPE-TPU en siliconen.
PEEK
PEEK (polyetheretherketon) is een zeer sterke, hittebestendig en vuur-vertragende thermoplast die kan worden gebruikt als een lichtgewicht vervanger voor metaal. Onderdelen van PEEK kunnen tot 70% lichter zijn dan onderdelen van metaal.
PEEK wordt gebruikt in de ruimtevaart-, auto-, energie-, elektronica- en medische industrie voor de fabricage van ringen, doppen en koffers. Biocompatibele PEEK is beschikbaar voor medische toepassingen zoals implantaten.
Het materiaal behoort tot de polyketonfamilie van polymeren (PAEK). PEEK kan echter een vrij duur materiaal zijn en wordt doorgaans gebruikt voor de productie van eindproducten. Hoogwaardige PEEK voor 3D-printen is verkrijgbaar als filament voor FDM en poeder voor SLS.
Als je op zoek bent naar een goedkoper alternatief met enigszins vergelijkbare kenmerken, kijk dan eens naar PEI (ULTEM).
TPE en TPU
TPE en TPU zijn thermoplastische elastomeren met rubberachtige eigenschappen.
TPU (thermoplastisch polyurethaan) is een type thermoplastisch elastomeer (TPE) en is verkrijgbaar in verschillende hardheden om onderdelen te fabriceren die variëren van zacht (rubberachtig) tot hard (‘hard plastic’).
Thermoplastische elastomeren worden gebruikt om rubberachtige behuizingen, deksels, panelen, zolen voor schoenen en dergelijke te maken. Ze zijn uitgevonden in de jaren 50 en pas sinds kort zijn beide materialen beschikbaar als 3D-printbare materialen voor de additieve maakindustrie.
Wat is het verschil tussen TPU en TPE in 3D printing?
Materialen met rubberachtige eigenschappen worden veel gebruikt voor een groot aantal toepassingen waar de elastische eigenschappen van rubber vereist zijn. Omdat 3D-printen met rubber lang
Siliconen
De additieve maakindustrie heeft lang gewacht op het moment dat siliconen beschikbaar kwam voor 3D-printen. Siliconen is een thermohardend polymeer en werd geacht niet 3D printbaar te zijn met bestaande printprocessen, omdat deze allemaal werken met verhitting tijdens het vormen van gesmolten materiaal.
Dit veranderde in 2018 toen er een proces werd uitgevonden dat printen met siliconen mogelijk maakte: DOD of drop on demand, Andere doorbraken volgden en siliconen 3D printen is nu mogelijk.
Tot nu toe kunnen alleen relatief kleine onderdelen in siliconen worden geprint, maar grotere silconen 3D-printers zijn onderweg.
Het materiaal is ‘biocompatible’ en wordt veel gebruikt voor medische toepassingen, maar ook in andere industrieën.
Siliconen printen is vrij duur. Een goedkoper alternatief is TPE, vooral voor series met een hoog volume.
Kun je 3D-printen met siliconen?
Een van de interessantste ontwikkelingen op het gebied van 3D-printen van de laatste tijd, is de uitvinding van een proces waarmee je kunt 3D-printen met
Benieuwd naar de kosten van het printen van uw onderdeel met een hoogwaardig 3D-printmateriaal?
Hoogwaardige metalen voor 3D-printen
De andere belangrijkste materiaalgroep die in de sector van de additieve productie wordt gebruikt, zijn metalen. Metalen worden meestal geprint door middel van Selective Laser Melting (SLM) en Direct Metal Laser Sintering (DMLS), maar er zijn ook metalen filamenten voor FDM-machines. Metaalpoeders zijn verkrijgbaar voor de meest voorkomende metalen zoals roestvrij staal, gereedschapsstaal, aluminium, titanium, nikkel, kobalt en chroomlegeringen. Sommige metalen bleken moeilijker te 3D-printen, met name koper en wolfraam. Toevallig twee metalen die we zeer interessant vinden naast een speciaal hoogwaardig aluminium ontwikkeld voor 3D-printen genaamd Scalmalloy.
Koper voor FDM en SLM
Koper is een populair materiaal dat geliefd is vanwege zijn grote thermische en elektrische geleidbaarheid.
Koperen filamenten voor FDM-machines zijn al geruime tijd op de markt, maar omdat SLM de favoriete methode is om metalen te printen, zou men aannemen dat koperpoeder beschikbaar zou zijn voor 3D-printen. Maar juist de unieke eigenschappen van koper maakten het ongeschikt voor lasersinteren, omdat koper de laser en andere metalen niet absorbeert.
Onderzoekers moesten nieuwe technieken ontwikkelen om 3D-printen met koper mogelijk te maken. In 2017 was er een doorbraak: koperpoeders werden gesinterd met een zogenaamde groene laser (die beter wordt opgenomen door het koperpoeder) en door voorverwarming van het koperpoeder aan het proces toe te voegen om breuken te voorkomen. Het resultaat is dat nu hoogwaardige koperdelen 3D geprint kunnen worden.
Overigens werd tegen 2020 een puur koperdraad (99,8% Cu per gewicht) ontwikkeld voor FDM industriële metalen 3D-printmachines, waardoor FDM ook een optie is voor industrieel koperprinten.
3D printen met koper
Koper is van oudsher een zeer populair materiaal vanwege zijn goede thermische en elektrische geleidbaarheid. Recente ontwikkelingen hebben nieuwe mogelijkheden geopend voor koper toepassingen met
Industrieel FDM 3D printen met puur koper
FDM 3D printen met koper voor industriële toepassingen, ja je leest het goed. De Amerikaanse additive manufacturing machine en materiaalfabrikant Markforged heeft een puur koperdraad
Wolfraam en andere vuurvaste metalen
Wolfraam of Tungsten is een van de vijf vuurvaste metalen, molybdeen, tantaal, renium en niobium zijn de andere van de groep. Vuurvaste metalen zijn extreem hittebestendige metalen die temperaturen van meer dan 4000 ° C kunnen weerstaan.
Ze zijn moeilijk te vervaardigen, zelfs met traditionele fabricagemethoden, maar zijn zeer wenselijk voor toepassingen die een hoge hitte- en slagvastheid vereisen.
Wolfraamcarbide, een wolfraamcomposiet en geclassificeerd als keramiek, is extreem hard en hittebestendig en wordt onder meer gebruikt in de lucht- en ruimtevaart- en defensie-industrie. Toepassingen zijn onder meer raketmotormondstukken, wapenkoppen (om harde oppervlakken te penetreren), turbinebladen voor vliegtuigen (hittebestendig) en kleinere gereedschappen zoals zaagbladen, boren, lagers, zuigers en lasapparatuur.
Wolfraam wordt ook op medisch gebied gebruikt vanwege zijn stralingsbeschermende eigenschappen. De medische industrie gebruikt puur wolfraam voor MRI-scans, collimatoren en stralingsafscherming.
Andere vuurvaste metalen
Van de andere vuurvaste metalen wordt molybdeen het meest gebruikt omdat het goedkoper is.
Molybdeen wordt gebruikt in legeringen om staalsoorten te versterken, zoals roestvrij staal.
Tantaal staat bekend om zijn corrosiebestendigheid en kan worden gebruikt om orthopedische implantaten te maken. Het scoort hoger op cyto-compatibiliteit (= niet schadelijk voor een cel) en biocompatibiliteit dan titanium.
Rhenium is de zeldzaamste en dus duurste van de vuurvaste metaalklasse. Rhenium-legeringen worden gebruikt in elektronische componenten. Niobium heeft potentiële toepassingen in de ruimtevaart (raketpijp) en energie. Vuurvaste metalen zijn een nichemarkt in de algehele metaalpoederindustrie.
Hoogwaardig aluminium (Scalmalloy)
Scalmalloy is een hoogwaardig, gepatenteerd 3D-printmateriaal van metaal, gemaakt van scandium (SC), aluminium (AL) en magnesium (M) legering (LEGERING).
In eerste instantie ontwikkeld voor en door de lucht- en ruimtevaartindustrie, maar ook interessant voor andere vakgebieden. Scalmalloy wordt al toegepast in de auto-industrie (warmtewisselaars), robotica (hydraulische manifolds) en motorsport (beugels)
Het is lichtgewicht, sterk en heeft een hoge ductiliteit voor gebruik in, maar niet beperkt tot, de lucht- en ruimtevaartindustrie. In vergelijking met traditioneel aluminium (AlSi10Mg) is Scalmalloy door de toevoeging van scandium veel sterker (sterker dan titanium). Onderdelen die 3D zijn geprint met Scalmalloy zijn lichtgewicht, corrosiebestendig en hebben een hoge ductiliteit.
Hoogwaardig keramiek voor 3D-printen
De derde groep waar we naar willen kijken is de technische keramiek. Deze keramische materialen zijn geoptimaliseerd voor industriële toepassingen,
Technische keramiek is stijf, hittebestendig, heeft een laag warmtegeleidingsvermogen, heeft goede elektrische isolerende eigenschappen, is bestand tegen breuk en is biocompatibel.
Keramiek is echter bijzonder moeilijk te vormen met behulp van conventionele fabricagetechnologieën, wat additieve productie een extra voordeel geeft bij het werken met deze materiaalsoort.
Deze eigenschappen maken het mogelijk dat keramiek wordt gebruikt in verschillende toepassingsgebieden en bedrijfstakken.
In de motorsport wordt keramiek gebruikt voor remschijven, lagers en uitlaatspruitstukken.
Op medisch gebied wordt keramiek gebruikt voor implantaten en endoscopische componenten. De energie-industrie gebruikt keramische componenten vanwege hun uitstekende thermische en elektrische isolerende eigenschappen. Je vindt keramiek in brandstofcellen, in klepfittingen en spoellichamen. Keramiek is ook geweldig materiaal voor snijgereedschap of voor lasercomponenten. De luchtvaartindustrie houdt van keramiek vanwege het relatief lage gewicht in vergelijking met metalen.
Hoogwaardige materialen voor 3D-printen: technisch keramiek
Alumina, Zirconia, Silica en andere keramiek
De meest bekende keramiek zijn Alumina, Zirconia en Silica.
Alumina (aluminiumoxide) wordt het meest gebruikt omdat het het goedkoopste is.
Zirkoniumoxide (zirkoniumdioxide) wordt gebruikt in de tandheelkundige industrie (voor het vervangen van tanden) maar ook in de ruimtevaart- en nucleaire industrie.
Keramiek op silicabasis zoals siliciumcarbide is het hardste keramische materiaal (vergelijkbaar met diamant).
Ook interessant zijn niet-oxide hoogwaardige keramische materialen zoals siliciumnitride, siliciumcarbide, boorcarbide en aluminiumnitride en metaal-keramische legeringen composieten.
Keramische modellen zijn gemaakt met SLS-technologie of Binder Jetting met keramische poeders.
3D-printen met technisch keramiek
Technische keramiek is het ideale materiaal voor onderdelen die zelfs bij hoge temperaturen corrosie- en mechanische slijtvast moeten zijn. Technisch keramiek omvat aluminiumoxide (aluminiumoxide), zirkoniumoxide
Toekomstige hoogwaardige materialen voor 3D-printen
Zoals vermeld in de inleiding, is dit zeker geen definitieve lijst van alle hoogwaardige materialen voor 3D-printen. Naarmate de additieve maakindustrie evolueert, zullen er nieuwe materialen worden ontwikkeld. Composieten zoals grafeen, bio- en nanomaterialen en zelfs zogenaamde 4D-materialen, die in de loop van de tijd van vorm veranderen, bijvoorbeeld vormgeheugenmaterialen, zijn nieuwe spannende materialen met veel opwindende toepassingen.
Conclusie
Hoogwaardige materialen voor 3D-printen zijn een aparte categorie materialen op het gebied van ‘additive manufacturing’. Deze materialen onderscheiden zich door hun uitzonderlijke eigenschappen, van hittebestendigheid, ongelooflijke hardheid, biocompatibiliteit of uitzonderlijke rubberachtige eigenschappen. Deze materialen zijn over het algemeen niet goedkoop, het zijn hoogwaardige materialen bedoeld voor geavanceerde eindgebruikstoepassingen. Alle genoemde materialen zijn verkrijgbaar bij Beamler. De lijst is niet uitputtend of definitief omdat nieuwe materialen worden ontwikkeld naarmate de additieve maakindustrie evolueert.
