Multilasertechnologie moet cost per part reduceren

Velo 3D verwacht dat de kostprijs van onderdelen met een factor 3 tot 5 omlaag kan.

Is multilasertechnologie de oplossing om de kosten per 3D geprint metalen onderdeel drastisch te reduceren? Ja, denken sommige fabrikanten van laser poederbed metaalprinters.

Vier lasers is tot nog toe het maximale dat je in de AM-machines voor metaal tegenkomt. Maar dat heeft zijn langste tijd gehad, lijkt het. Het Amerikaanse Velo 3D komt eind 2021 met de Sapphire XC naar de markt. Deze 3D metaalprinter beschikt over een bouwhoogte in de Z-richting van 1.000 mm en krijgt straks 8 lasers van elk 1 kW. Wat dit betekent liet Benny Buller, oprichter en CEO van Velo 3D, tijdens een presentatie zien. Het 3D printen van een nozzle voor een raketmotor kost niet langer $ 100.000, maar nog slechts $ 40.000. Voor kleinere delen betekent de nieuwe machine dat je er in één batch 66 kunt produceren en geen 19 zoals nu. Benny Buller: “Je mag kostprijsreducties per onderdeel verwachten met een factor 3 tot 5.”

Procescontrole luistert nog nauwer

De grootste hordes die het R&D-team van Velo 3D heeft moeten overwinnen, is het kalibreren van de lasers en het voorkomen dat te veel warmte in het werkstuk komt als de lasers elkaars pad kruisen. Volgens Benny Buller is Velo 3D erin geslaagd om een universeel ‘recept’ te ontwikkelen, waardoor men nu kan opschalen. “We weten hoe we het eindresultaat kunnen sturen via de kalibratie.” De bijkomstigheid als je naar 8 lasers gaat, is de interactie tussen de laserstralen. “Dat is een extra element dat het complex maakt: het ontkoppelen van de lasers met wat er gebeurd is. Eerlijk gezegd is dat al iets dat we kennen van de bestaande Sapphire”, legt de CEO van Velo 3D uit. Velo 3D heeft ook een eigen methode ontwikkeld voor het uitlijnen van de lasers. Dat gebeurt dynamisch in elke laag met een nauwkeurigheid van 20 micron. Deze techniek wordt ook toegepast in de Sapphire XC. Het derde aspect waarmee Velo 3D in de nieuwe metaalprinter denkt te scoren, is het free floating concept, alhoewel Benny Buller dit niet de belangrijkste oplossing vindt voor kostprijsreductie. In tegenstelling tot andere fabrikanten heeft Velo 3D bij de werkstukken minder support nodig. Bij kleinere producten vaak zelfs helemaal niet. Hierdoor kan men in de Sapphire XC duizenden onderdelen per batch printen. Buller vindt het echter belangrijker om het design te optimaliseren voor de mogelijkheden van additive manufacturing. “Dat is een belangrijk vehikel om de kostprijs per stuk omlaag te brengen.”

De nieuwe NXG XII 600 van SLM Solutions beschikt als enige AMmachine over 12 lasers.

SLM Solutions: 1.000 cm3 per uur

SLM Solutions heeft tijdens Formnext Connect de nieuwe multilasermachine gepresenteerd. De NXG XII 600 beschikt over 12 lasers van elk 1 kW en een bouwvolume van 600 bij 600 bij 600 mm. De aanleiding voor de ontwikkeling van deze machine is de verschuiving van additive manufacturing van prototypes en enkelstuks naar series en grote onderdelen. Volgens Sam O’Leary, COO, kunnen de kosten per onderdeel gereduceerd worden doordat deze machine vijf keer sneller is dan het huidige topmodel van SLM Solutions met 4 lasers. “Hierdoor zijn we in staat om de cost per part significant te reduceren.” De hogere productiviteit komt ook door het tot 40 procent verminderen van de zogenaamde ‘skywriting’ time, de tijd dat de lasers niet effectief ingezet worden om metaalpoeders te smelten. SLM Solutions heeft patent gekregen voor het opdelen van het scannerveld, dat ervoor zorgt dat de werklast van de 12 lasers gelijkmatig verdeeld wordt over de bouwkamer. Hierdoor kan men de 12 lasers maximaal benutten. “Een andere innovatie in deze machine, is de zoomfunctie. SLM Solutions bouwt voor elke laser twee optieken in zodat de diameter van de straal kan variëren. Hierdoor kan men de materiaaldepositie verder opvoeren op plaatsen waar minder details of nauwkeurigheid vereist zijn. Sam O’Leary: “Deze functie helpt om meer laservermogen in het poederbed te krijgen. We schatten in dat we bij sommige materialen tot 1000 kubieke centimeter per uur kunnen opbouwen.” O’Leary wijst er verder op dat de NXG XII 600 geïntegreerd kan worden in een complete workflow, geautomatiseerde wisseling van cilinder, voorverwarmen en ontpoederen. Hiervoor wordt onder andere met Siemens samengewerkt.

Farsoon: groot volume printer volop in bedrijf

Het Chinese Farsoon heeft een voorsprong, want het vlaggenschip de FS621M large frame metaalprinter, is al uitgeleverd aan Falcontech, een van de toeleveranciers voor het Chinese passagiersvliegtuig van Comac. De Farsoon metaalprinter heeft in de Z-as een hoogte van 1100 mm, het bouwplatform meet 620 bij 620 mm (X-Y). De machine is voorzien van vier lasers. Xu Xiaoshu, oprichter en CEO van Farsoon, gaf tijdens de Formnext persconferentie het voorbeeld van een cilindrisch product dat op de machine wordt geproduceerd om het effect van meer lasers te illustreren. Het onderdeel meet 620 bij 800 mm. “Op een single laser machine zou de productie 30 dagen vergen, op het 4 lasersysteem wordt het in 11 dagen geproduceerd.” Multilasertechnologie is in zijn ogen een goede oplossing om de kostprijs per geprint onderdeel te verminderen. De meeste kosten zitten namelijk in de afschrijving van de machine, de uurprijs. Falcontech heeft ondertussen 24 metaalprinters gekocht van Farsoon, die in de AM Super Factory staan die de luchtvaarttoeleverancier momenteel opbouwt. Hieronder zijn meerdere FS612M systemen. Momenteel loopt er nog een order voor de levering van 10 metaalprinters. Falcontech slaagt erin om over een lengte van 800 mm met een maatnauwkeurigheid van 0,5 mm te printen.

Bij de Chinese luchtvaarttoeleverancier Falcontech zijn al meerdere Farsoon FSM621 M groot formaat metaalprinters in gebruik.