Automatische re-kalibratie lasers stap naar serieproductie met AM

15 juni 2023
Leestijd: 6 minuten

Deel op LinkedIn

Automatische re-kalibratie lasers stap naar serieproductie met AM

Trumpf presenteert tijdens de Manufacturing Technology Conference 2023 de Automatic Multilaser Alignement voor 3D metaalprinters.

Met Automatic Multilaser Alignement (AMA) overbrugt Trumpf de kloof die additive manufacturing tot nog toe scheidt van de inzet voor serieproductie. “Met AMA maken we het AM-proces reproduceerbaar, voorspelbaar en betrouwbaar. Samen met onze andere oplossingen combineren we voorspelbare kwaliteit met productiviteit”, zegt Marco Andreetta, Industry Manager General Industry bij de AM-divisie van Trumpf.

Marco Andreetta kent de additive manufacturing industrie van twee kanten. In 2007 kreeg hij er als gebruiker mee te maken; enkele jaren later stapte hij over naar een OEM. En sinds kort werkt hij als Industry Manager bij Trumpf, met focus op de algemene industrie. Hij bestempelt zijn rol als de linking pin tussen de markt, het sales team en de R&D-afdeling. Hij praat met klanten en vertaalt hun noden in de productie naar de machine-eisen. “Ik vertaal de trends in de markt en de behoeften van klanten naar requirements voor de machines”, vat hij samen.

De grootste uitdaging in de komende jaren is hoe we additive manufacturing naar serieproductie brengen” Marco Andreetta, industry Manager bij Trumpf

Stabiel proces

Misschien wel de grootste behoefte die klanten uiten is: zorg voor een stabiel, reproduceerbaar en voorspelbaar additive manufacturing proces. “De grootste uitdaging in de komende jaren is hoe we additive manufacturing naar serieproductie brengen. Daarvoor hebben we een stabiel en voorspelbaar proces nodig”, zegt hij hierover. Met condition, powderbed en meltpool monitoring heeft Trumpf net als andere machinebouwers stappen in deze richting gezet.

De ontbrekende schakel is: hoe corrigeer je voor de onvermijdelijke thermische drift van de machine. Marco Andreetta: “Om fysische redenen ontstaat thermische drift en dat leidt tot een niet correcte uitlijning van de lasers aan het eind van de langdurende buildjob. Bij multilaser machines, die nodig zijn voor méér productiviteit, weet je hierdoor niet precies wat er gebeurt in het gebied waarin lasers elkaar overlappen.” Bij een CNC-freesmachines kun je nog met een meettaster controleren of de machine correct gekalibreerd is; een laser is echter een contactloos gereedschap.

Automatisch re-kalibreren

Trumpf heeft hiervoor Automatic Multilaser Alignement (AMA) ontwikkeld en gepatenteerd. Tijdens de laagsgewijze opbouw van het metalen werkstuk re-kalibreren de lasers zich regelmatig automatisch. In het programma geeft men bij de werkvoorbereiding van de buildjob aan om de hoeveel lagen dit moet gebeuren. Het re-kalibreren gebeurt met een markering die geprint wordt, waarna een hoge resolutie camera opnames maakt en de software berekent hoeveel de lasers bijgesteld moeten worden. “De maximale afwijking is na re-kalibratie veel minder dan de helft van de straaldiameter”, zegt Marco Andreetta over de nauwkeurigheid waarvoor AMA zorgt.

We zijn 100 zeker van de mechanische eigenschappen, ook in de gebieden waar de lasers elkaar overlappen” Marco Andreetta

Additive Manufacturing wordt een betrouwbaar en reproduceerbaar productieproces

Het meten en re-kalibreren kost, afhankelijk van de grootste van het werkstuk, slechts enkele seconden tijd. De Industry Manager van Trumpf noemt AMA een gamechanger, omdat hiermee additive manufacturing een betrouwbaar en reproduceerbaar productieproces wordt. Je kunt vooraf de kwaliteit voorspellen. “We zijn 100% zeker van de mechanische eigenschappen, ook in de gebieden waar de lasers elkaar overlappen.”

De overlapgebieden zijn een probleem bij multilaser AM-systemen, met name tijdens de productie van kritische eindonderdelen. Als de lasers niet perfect zijn uitgelijnd, zullen ze het poeder in zo’n overlappend gebied niet correct smelten. Er kan te weinig of te veel energie worden ingebracht als er geen correcte uitlijning is. In de beginjaren van de Multilaser systemen werd dat opgelost door elke laser een bepaald deel van het werkstuk te laten bewerken. Multilaser AM-systemen hebben vanuit het oogpunt van efficiency echter alleen zin als alle lasers de hele bouwplaat kunnen bestrijken, want dan kun je met meerdere lasers aan hetzelfde werkstuk bouwen.

Invloed gas flux en galvo systeem

De inzet van Laser Powderbed Fusion systemen als productietechnologie wordt mede bepaald door de efficiency van het galvo systeem in de 3D metaalprinter en de gas flux. Trumpf combineert hierbij kennis die het concern heeft van de bouw van werktuigmachines en de ontwikkeling van eigen laserbronnen om tot een optimale 3D metaalprinter te komen.

Dat Marco Andreetta AMA als gamechanger bestempelt, heeft alles te maken met het feit dat een stabiel en voorspelbaar proces de basis is voor een hogere productiviteit, een eis die de industrie stelt. “Als je namelijk een voorspelbaar proces hebt, kun je het proceswindow verschuiven. Je kunt dan meer energie gebruiken wat de productiviteit verhoogt.”

Waar ziet Trumpf kansen in de industrie?

Marco Andreetta is Industry Manager voor algemene industriële toepassingen, zoals in de halfgeleider-, automotive- en automatiseringsindustrie. Hij ziet in deze industriesectoren veel kansen voor additive manufacturing. Alles wat bijvoorbeeld te maken heeft met koeling of vloeistofmanagement kan profiteren van de designvrijheid van additive manufacturing. Hydraulische manifolds zijn zo’n toepassing waarin additive manufacturing gaat groeien. “In het verleden was de oppervlakteruwheid van interne kanalen soms een issue. Met de nieuwe buildprocessor van Trumpf hebben we steeds minder supportstructuren nodig.

In het verleden was de oppervlakteruwheid van interne kanalen soms een issue” Marco Andreetta

Verhoging vormvrijheid en verbetering oppervlaktekwaliteit

Dit verhoogt de vormvrijheid en verbetert de oppervlaktekwaliteit van de kanalen.” Warmtewisselaars, zowel voor gassen als vloeistoffen, zijn een andere toepassing waarvoor additive manufacturing kansen biedt. “Met de verfijnde optische elementen kunnen we de energie van de laserstraal nauwkeurig doseren en printen we in aluminium wanden dunner dan 0,1 mm.”

De groene laser waarmee Trumpf puur koper print opent weer een andere groeimarkt, verwacht Andreetta. Gewichtsreductie door topologie optimalisatie zal eveneens voor een groei van het aantal toepassingen zorgen. En tot slot wijst hij nog op het 3D printen van metallic glasses, amorfe metalen, met de TruPrint 2000. Hiervoor werkt Trumpf samen met poederproducent Heraeus AMLOY. Dit kan leiden tot heel nieuwe generatie sensoren die geprint kunnen worden of voor medische componenten.

Presentatie over Automatic Multilaser Alignement

Marco Andreetta geeft op 20 juni tijdens de Manufacturing Technology Conference 2023 een presentatie over Automatic Multilaser Alignement. De conference vindt plaats in NH Koningshof in Veldhoven. Naast de lezingen en masterclasses zijn er ronde tafel gesprekken en presenteren ruim 65 bedrijven hun technologie. Meer informatie en registratie voor het gratis bezoek kan via de website van het Knowledge Sharing Centre.

Dit is de Manufacturing Technology Conference

Om tot een goed functioneel product te komen is het erg belangrijk om goede kennis te hebben van verschillende productietechnieken, technologieën en processen. De Manufacturing Technology Conference geeft je de kans om gespecialiseerde bedrijven te ontmoeten en je kennis over maakbaarheid uit te breiden.

Automatische re-kalibratie lasers stap naar serieproductie met AM