Onderzoekers van EPFL hebben een nieuwe laser-3D-printtechniek ontwikkeld om metalen componenten te vervaardigen met een ongekende weerstand tegen hoge temperaturen, schade en corrosie. De methode heeft toepassingen in gebieden variërend van lucht- en ruimtevaart tot energieopwekkende turbines.

3d printen, ook wel additieve fabricage genoemd, heeft een revolutie teweeggebracht in de manier waarop componenten worden gemaakt, nieuwe normen stellen op het gebied van productiesnelheid wanneer de geometrische complexiteit hoog is.

Fabrikanten gebruiken een techniek die bekend staat als selectief lasersmelten (SLM) om metalen componenten in 3D te printen. Met SLM, een krachtige laser smelt en smelt metaalpoeders samen, geleidelijk laag voor laag een 3D-component opbouwen. Aan het einde van het proces wordt eventueel achtergebleven poeder verwijderd. Maar sommige metalen en legeringen zijn niet bestand tegen de hoge temperatuurvariaties die SLM met zich meebrengt, waardoor ze barsten.

Onderzoekers van EPFL's Laboratorium voor Thermomechanische Metallurgie (LMTM), onder leiding van Roland Logé aan de School of Engineering, hebben een nieuwe methode ontwikkeld waarbij tijdens de bouwfase om de paar lagen een tweede laserbehandeling wordt toegepast. Dit vermindert drastisch het barsten en produceert metalen componenten met een ongekende weerstand tegen hoge temperaturen, schade en corrosie.

De gepatenteerde techniek, gepubliceerd in Additive Manufacturing, zou kunnen worden gebruikt voor de vervaardiging van nieuwe turbinebladen voor energieopwekking of belangrijke vliegtuigonderdelen, bijvoorbeeld.

Schokgolven

De resultaten spreken voor zich. De onderzoekers ontdekten dat de techniek tot 95 procent van de scheurvorming die normaal wordt waargenomen in een op nikkel gebaseerde superlegering, elimineert. Ze zijn nu van plan de methode toe te passen op andere scheurgevoelige legeringen.

Hoe werkt het?

De onderzoekers gebruikten een methode die bekend staat als laser shock peening, of LSP, om scheuren te "genezen" tijdens het 3D-printproces. LSP werkt door periodiek laserpulsen met hoge intensiteit op het onderdeel in aanbouw te richten. Het werkt als een soort hoogenergetische fotonische "hamer, " schokgolven door het materiaal sturen.

De methode omvat twee lasers. De eerste smelt de metaalpoeders en verwarmt het gesmolten materiaal, terwijl de tweede spanningen in het onderdeel genereert op gerichte locaties om scheuren te elimineren. "Laser shock peening is normaal gesproken gereserveerd voor oppervlaktebehandelingen, " legt Logé uit. "Maar in ons geval, het is een bulkbehandeling geworden, in dat het werkt in 3D binnen het materiaal zelf."

Verschillende 3D-printbedrijven hebben interesse getoond in de nieuwe techniek. "Deze hybride 3D-printmethode heeft toepassingen die veel verder gaan dan het elimineren van scheuren, ", voegt Logé toe. "We beginnen nog maar net het volledige potentieel te begrijpen."