Titanium 3D-printen: zo werkt metaal printen met SLM

Foto: Università di Pavia, CC BY 2.0

Wat is SLM?

SLM staat voor Selective Laser Melting. De printer legt een heel dunne laag metaalpoeder op een bouwplaat. Een krachtige laser smelt het poeder volledig op de plaatsen waar het onderdeel moet komen. Daarna zakt de bouwplaat een laag en begint het opnieuw.

Omdat het poeder echt smelt, krijg je een bijna volledig dicht metalen onderdeel. Dat verschilt van technieken die poeder alleen aan elkaar binden. Je kunt het geprinte stuk daarna boren, frezen, tappen of polijsten zoals elk ander metalen onderdeel.

Bij Makernaut loopt SLM via geselecteerde, ISO 9001-gecertificeerde partners. Je uploadt je bestand in Quotebase, kiest het metaal en ziet meteen een prijs.

Welke metalen kun je 3D-printen?

Makernaut biedt drie metalen aan voor SLM. Elk heeft een eigen sterkte. De prijzen zijn vanafprijzen per cm³, excl. btw en excl. nabewerking.

Titanium TC4 of Ti6Al4V: wat is het verschil?

Er is geen verschil. TC4 is de Chinese benaming voor dezelfde legering die in Europa en de VS Ti6Al4V of grade 5 heet: titanium met ongeveer 6% aluminium en 4% vanadium. Het is de meest gebruikte titaniumlegering in de luchtvaart en de medische sector.

Titanium is ongeveer half zo zwaar als staal en toch erg sterk. Daarom kies je het vooral als gewicht telt. Combineer je dat met een roosterstructuur binnenin, dan haal je nog meer gewicht weg zonder sterkte te verliezen waar het onderdeel kracht opneemt.

Binder Jetting: het alternatief voor metaal

Binder Jetting werkt anders. Een printkop spuit een bindmiddel op een poederbed en plakt zo de metaaldeeltjes aan elkaar. Het resultaat is een broos, nog ongesinterd onderdeel dat daarna in een oven gesinterd wordt tot massief metaal. Tijdens het sinteren krimpt het onderdeel; je partner houdt daar bij de productie rekening mee.

Bij Makernaut kun je met Binder Jetting printen in roestvast staal 316L, via partners. De vanafprijs is €3,80/cm³. Binder Jetting heeft geen supports nodig en is interessant voor grotere aantallen kleine, complexe onderdelen. SLM is dan weer de keuze als je titanium of aluminium nodig hebt, of de hoogste dichtheid wilt.

Ontwerpregels voor metaal 3D-printen

Metaal printen is geen kunststof printen met een duurder materiaal. Het proces brengt veel warmte in het onderdeel, en dat stuurt je ontwerp.

Supports

• SLM heeft supports nodig onder overhangende vlakken. Ze dragen het onderdeel en voeren warmte af naar de bouwplaat.
• Ontwerp schuine vlakken zo steil mogelijk. Hoe minder supports, hoe minder nabewerking en hoe lager de prijs.
• Supports worden mechanisch verwijderd. Zorg dat elke support bereikbaar is met gereedschap; interne kanalen vragen een zelfdragende vorm, zoals een druppel- of ruitprofiel.

Wanddiktes en massa

• Vermijd grote massieve blokken: ze kosten meer metaal, meer printtijd en geven meer spanning. Hol uit of gebruik een rooster waar geen kracht op komt.
• Houd wanden gelijkmatig dik. Grote sprongen in dikte geven ongelijke afkoeling en dus vervorming.
• Holle delen hebben een opening nodig om het losse poeder te verwijderen.

Nabewerking en warmtebehandeling

Na het printen gaat het onderdeel meestal eerst door een warmtebehandeling om de interne spanningen weg te nemen. Pas daarna wordt het van de bouwplaat gezaagd en worden de supports verwijderd. Welke behandeling precies nodig is, hangt af van het metaal en de toepassing.

Een geprint metalen oppervlak is mat en licht ruw. Voor passingen, afdichtvlakken en schroefdraad plan je een nabewerking: zandstralen voor een egale look, en CNC-nafrezen of -boren voor de vlakken die nauw moeten passen. Voorzie daar een beetje extra materiaal voor in je model.

Metaal 3D-printen of CNC-bewerking?

Een gefreesd metalen onderdeel is vaak goedkoper dan een geprint exemplaar. De vraag is dus niet welke techniek beter is, maar welke past bij je vorm en je aantallen.

Een handige vuistregel: kun je het onderdeel tekenen als een blok waar je materiaal uit wegneemt, dan is CNC-bewerking meestal logischer. Zit de waarde net in de vorm die je niet kunt frezen, dan verdient metaal 3D-printen zich terug.

Wat kost titanium 3D-printen? Twee rekenvoorbeelden

De prijs van metaal 3D-printen hangt vooral af van het volume van je onderdeel en het gekozen metaal. Supports, nabewerking en warmtebehandeling komen daar bovenop. Volume × materiaalprijs is dus een vertrekpunt; je echte prijs zie je in Quotebase.

Rekenvoorbeeld 1: lichte beugel in titanium

Een beugel met een roosterstructuur binnenin heeft een volume van 20 cm³. In titanium TC4 is dat 20 cm³ × €6,50/cm³ = vanaf €130,00 per stuk, excl. btw en excl. nabewerking.

Rekenvoorbeeld 2: blok met koelkanalen in 316L

Een inzetstuk met interne koelkanalen heeft een volume van 45 cm³. In roestvast staal 316L is dat 45 cm³ × €3,99/cm³ = vanaf €179,55 per stuk, excl. btw. Het nafrezen van de functievlakken komt er nog bij.

Wil je de prijs omlaag? Verklein het volume met een rooster of uitholling, ontwerp minder overhangen, en beperk nauwe toleranties tot de vlakken die ze echt nodig hebben.

Samengevat

• Kies SLM in titanium als gewicht en sterkte allebei tellen.
• Kies SLM in 316L voor corrosiebestendige onderdelen met interne kanalen.
• Kies aluminium als warmteafvoer en een laag gewicht belangrijk zijn.
• Kies Binder Jetting voor grotere aantallen kleine onderdelen in 316L.
• Kies CNC-bewerking voor eenvoudige vormen en strakke toleranties.

Terug naar blog