Een eerste stap naar 3D metaal printen
Trivium Packaging in Deventer is producent van metalen drank- en voedselverpakkingen en maakt onderdeel uit van een wereldwijd concern. Ze zijn vijf jaar geleden voor het eerst in aanraking gekomen met 3D metaal printen. “We zagen het potentieel van de nieuwe techniek en wilden op de trein stappen en niet eerst jaren afwachten”, zegt Paul Klopper, Technical Specialist Tooling & Maintenance. In het project, geleid door Hogeschool Windesheim, heeft de verpakkingsspecialist veel ervaring met de technologie opgedaan. En ze zijn enthousiast! “We hebben veel oude machines waarvan sommige gietdelen niet meer verkrijgbaar zijn. Of ze zijn prijzig. Door deze zelf te 3D printen zijn we niet alleen goedkoper uit, maar verkorten we bovendien de doorlooptijd sterk.”
DE STAP NAAR 3D METAAL PRINTEN MET DE LASERTECHNIEKEN VAN LION LASERS
3D printen levert een doorlooptijd op van één tot twee weken op en maakt het proces al aanzienlijk korter dan de twaalf weken die voor gefreesde gereedschappen staan. Aanzienlijk korter, maar met name het nabewerken van de gereedschappen kost nog veel extra tijd. De oppervlakteruwheid van de gereedschappen zoals deze uit de printer komen, is absoluut onvoldoende. Een Ra-waarde van 12 micron terugbrengen naar Ra 0,8 is echter arbeidsintensief. Via Hogeschool Windesheim is daarom contact gezocht met Lion Lasers, dat in Nederland industriële lasersystemen ontwikkelt.
De uitdaging voor Lion Lasers
Vaak gaat het om lasersystemen die een bepaalde structuur in het oppervlak moeten aanbrengen, legt Edwin Kroon, laser expert bij Lion Lasers uit. De vraag die Trivium Packaging in eerste instantie aan hem voorlegde, was wat het laser polijsten met de hardheid en andere eigenschappen van de metalen gereedschappen doet. Na een aantal testen met verschillende parameters heeft hij de oppervlakteruwheid tot Ra 2 micron kunnen verbeteren, terwijl de hardheid slechts marginaal hoger ligt. “En we kunnen qua ruwheid nog verder naar beneden”, zegt hij.
3D printen met een fiberlaser
Edwin Kroon heeft voor het experiment een gepulste fiberlaser met een golflengte van 1064 nanometer gebruikt met een vermogen van 60W. Hij laat de laserstraal met een snelheid tussen 1000 en 4000 mm per seconde over het oppervlak gaan, eerst van links naar rechts en dan nog een keer kruislings. Doordat hij de laserstraal nauwkeurig kan sturen, kan hij precies de toppen die je ziet als je het oppervlak onder een elektronenmicroscoop bekijkt, smelten en weer laten stollen zodat de dalen opgevuld worden. Op die manier verbetert de oppervlakteruwheid aanzienlijk. Tegelijk verandert de hardheid amper omdat hij niet meer energie in het werkstuk brengt dan strikt nodig is. “De hardheid ging van 50 HV naar 51, niet veel, het wordt zeker niet bros”, zegt Edwin Kroon. Hiermee komt de hardheid van de materialen, zowel 316L als gereedschapstaal, in de buurt van de originele geharde gereedschappen. “Ook de maatvoering is ongewijzigd”, voegt Paul Klopper er nog aan toe. De laser heeft dus geen nadelige invloed op het materiaal.
Het eindresultaat
Lion Lasers slaagt erin om met laserlicht de oppervlakteruwheid van 3D geprinte metalen onderdelen in tien minuten tijd te verbeteren tot Ra-waarden van 2 tot 3 micron. Voor Trivium Packaging in Deventer betekent dit een belangrijke stap naar de inzet van 3D metaalprinten voor de productie van gereedschappen zoals stempels.
De toekomst voor het laserpolijsten
Paul Klopper hoopt dat het laser polijsten snel wordt doorontwikkeld. Trivium Packaging wil namelijk meer gaan 3D printen. Sinds begin dit jaar heeft het bedrijf één FTE vrijgemaakt voor alle 3D printwerk. Deventer print nu ook voor andere vestigingen in Europa. “Daarnaast dragen we de kennis verder uit in het bedrijf.” De vier Nederlandse productievestigingen maken al gebruik van de printcapaciteiten die het bedrijf in Deventer heeft. Paul Klopper twijfelt geen moment aan de effectiviteit van de technologie. “Als je naar het kostenplaatje van de onderdelen kijkt en de kortere doorlooptijd, dan verdien de investering in deze ene FTE zich binnen een jaar terug.”
Ook jouw productieproces optimaliseren?
Wil jij zelf ook het productieproces optimaliseren in jouw organisatie of heb je een andere vraag over lasermachines? Wij denken graag met je mee!