Innovatief Space-XYZ

Space-XYZ ontwikkelt innovatieve zeeftechnologie om samenstelling poeders homogener te maken

Op weg naar een circulair productieconcept, heeft het technologiebedrijf Space-XYZ als tussenstap een innovatieve zeeftechnologie mee ontwikkeld die voor additive manufacturing een positieve uitwerking kan hebben. Door het poeder gericht te zeven, ontstaat een meer homogene samenstelling qua korrelgroottes. Hierdoor wordt het naar verwachting enerzijds mogelijk kwalitatief betere onderdelen te printen, alsook kan dit zorgen voor een versnelling van het 3D printproces en daarmee dus voor een lagere kostprijs per stuk. Zo kan het toepassingsgebied van 3D metaalprinten vergroot worden.

Circulaire productie kan voor onverwachte impuls 3D metaalprinten zorgen

Achter de technologische ontwikkelingen die Space-XYZ sinds een aantal jaren doet in additive manufacturing en de patenten die inmiddels verworven zijn, gaat een visie schuil die gebaseerd is op een circulaire economie. Deze visie is gedreven door een van de aandeelhouders van Space-XYZ, Kaak Group. Deze fabrikant van innovatieve geautomatiseerde industriële broodbaklijnen, die wereldwijd worden afgezet, wil op termijn toe naar een circulair productiemodel, net zoals andere partijen in de wereldwijde maakindustrie. Metalen onderdelen komen aan het einde van hun levensduur terug in de fabriek en worden daar weer gebruikt als materiaal voor een nieuw product. “De missing link in dit concept is de productie van het poeder voor additive manufacturing”, zegt Frank Verouden, hoofd R&D bij Space XYZ, de start-up onderneming binnen de groep waar aan toekomstige concepten wordt gewerkt, zoals het circulaire productieproces. Als je je eigen poeders kunt produceren en recyclen, levert dat niet alleen duurzaamheid op, omdat de grondstoffenkringloop gesloten wordt, maar ook een betere bescherming van je Intellectual Property. “Een product scannen gaat snel, maar een legering kopiëren gaat niet zomaar.” Frank Verouden maakt er meteen de kanttekening bij dat de ideeën een stip aan een verre horizon zijn, maar men ontwikkelt er wel aan. In dit model blijft in een bedrijf zoals Kaak Group eigenaar van de onderdelen van de broodbaklijn en kopen de klanten een bepaalde functionaliteit voor een bepaalde duur.

CO2 neutrale productie

De gesloten materiaalkringloop is een voorwaarde wil je als maakbedrijf van je eigen producten weer een grondstof maken. “In een circulair model weet je wat je terugkrijgt”, legt hij uit. Deze materiaalstroom kun je samenvoegen met de restroom hoogwaardig afval uit de fabriek, bijvoorbeeld spanen. Hierdoor ontstaat er volume, een vereiste om de investeringen in economische zin te rechtvaardigen. Binnen Space-XYZ doet men momenteel onderzoek aan een apparaat dat onderdelen tot een maximale afmeting van ongeveer een koffiebus direct verwerkt tot poeder voor de AM-machines, zonder dat men het eerst gaat shredderen of hersmelten tot een andere vorm. Dat wil men doen met elektrische energie, omdat men dan kan smelten door hernieuwbare energie in te zetten, een CO2 neutrale productie kan bouwen die én geen CO2 uitstoot veroorzaakt én geen grondstoffen aan de aarde onttrekt, omdat het metaal telkens opnieuw wordt gebruikt, ook voor hoogwaardige toepassingen. Frank Verouden: “Kunststoffen degraderen altijd. Metaal kun je eindeloos hergebruiken als je de legering zuiver weet te houden; dus als je zuurstof weghoudt.”

Als we het poedermanagement zo kunnen inrichten dat we de kleinste en grootste deeltjes meer bij elkaar brengen waardoor er minder verdampt, winnen we veel

Bijzondere zeeftechnologie

Een van de uitdagingen is de juiste zeeftechnologie voor het poeder. Op dit punt heeft het bedrijf onlangs een belangrijke stap gezet. Binnen Space-XYZ is een zeef prototype gebouwd waarmee met succes fracties worden gescheiden op basis van hun grootte. Men kan bijvoorbeeld de range poeders tussen 40 en 50 micron scheiden; of die tussen 20 en 30 micron. Frank Verouden: “Poederfabrikanten kunnen met gasatomisatie weliswaar scheiden tot onder 10 micron, maar dit vereist een zeer goede procesbeheersing. Daarnaast is de grenswaarde afhankelijk van veel factoren. Zeven is het alternatief, maar de huidige zeeftechnieken slaan onder de 25 micron dicht en laten niks meer door. Wij zijn nu bij een nieuwe zeeftechnologie uitgekomen waarmee we wel hele fijne poeders kunnen scheiden. Tot 10 micron en kleiner, tot 5 micron.” Hierdoor krijgt de gebruiker de controle over de kwaliteit van het poeder en daarmee over het eindproduct. De technologie is zeer geavanceerd en toch zodanig laagdrempelig, dat de kostprijs van de poeders aantrekkelijker wordt. Uiteindelijk moet de investering voor een zeef machine interessant zijn voor een gemiddelde machinebouwer of 3D printservicebureau met enkele metaalprinters. “We maken geen productieplant voor tonnen poeder per dag, maar brengen de installatie terug tot een hanteerbaar niveau tot een add on machine van een paar printers.” Hiermee kunnen bedrijven die een 3D printer hebben zelf hun printpoeder opwaarderen en ook een consistentere kwaliteit maken, wat de kwaliteit van het uiteindelijke geprinte product ten goede komt. Want hoe beter de verdichting en homogeniteit, des te hoogwaardiger is de kwaliteit van de print.

Sneller 3D metaalprinten

Afgezien van de gesloten kringloop levert dit concept nog een ander voordeel op. Het meer homogeen samengesteld poeder versnelt het 3D print proces, is de verwachting die bij het R&D team leeft. Daarmee verlaagt men de kostprijs per onderdeel. Het Spaxe XYZ-team heeft parametersettings ontwikkeld voor het smelten van deze homogene fracties op de MetalFab 1. Frank Verouden: “Het laservermogen van een laser poederbed machine is voldoende om de grotere deeltjes te smelten; voor de kleinste poeders is het vermogen te hoog. Die verdampen. Dat zorgt voor de rookpluimen die de fabrikanten met veel moeite proberen weg te voeren uit de buurt van de optieken.” Met de juiste settings voor grotere poederdeeltjes, denkt hij het verdampen van de metaalpoeders en de daarmee samenhangende problemen te voorkomen. Dat het gebruik van een monofractie, bijvoorbeeld van 40 tot 50 micron grote poeders, tot een fractie meer insluitingen zal leiden, sluit hij niet uit maar hoeft niet per se te gebeuren, omdat het smeltproces in een metaalprinter een heel onrustig proces is. Om hier meer inzicht in te krijgen, gaat men binnenkort testen op de MetalFab 1. Zelfs als er meer insluitingen ontstaan, is dat niet direct bezwaarlijk, denkt Frank Verouden. “Ik kan me voorstellen dat dit in de ruimtevaart uitgesloten is. Maar is het zo erg als in een onderdeel voor een broodbaklijn of een gemiddelde machine onderdelen zitten met iets meer insluitingen? Ik weet niet of dat nadelig is voor de toepassing.” Dit nadeel weegt in zijn ogen niet op tegen de voordelen. Behalve dat je minder dampen in de machine met kostbare maatregelen moet oplossen, zit er ook nog een gezondheidsaspect aan. Het gaat immers om nanodeeltjes die deels neerslaan in het poederbed en waarvoor de grootste voorzichtigheid geldt bij het handelen daarvan. “Als we het poedermanagement zo kunnen inrichten dat we de kleinste en grootste deeltjes meer bij elkaar brengen waardoor er minder verdampt, winnen we veel”, besluit Frank Verouden.