Componenten onder beschieting

Twee testonderdelen van PA12, vervaardigd met Selective Laser Sintering: links na bestraling met kunststofgranulaat, rechts zonder stralingsbehandeling. © Fraunhofer IPA/Foto: Mark Becker

Tot nu toe heeft men zich gebaseerd op ervaringsgegevens wanneer het ging om het bestralen van oppervlakken van additief vervaardigde onderdelen. Maar nu hebben het Fraunhofer IPA en de Microstrahltechnik-Vertriebs GmbH in een wetenschappelijke proefopstelling vastgesteld welk straalmiddel met welke procesparameters het beste geschikt is voor een bepaald materiaal.

Wanneer additief vervaardigde kunststofonderdelen net uit de 3D-printer komen, lijken ze meestal ruw en onafgewerkt. Ze zijn ruw, je ziet laaglijnen en vooral bij lasersintern blijven er poederresten aan kleven. Om de onderdelen te reinigen en de oppervlakken te glad te maken, wordt straaltechniek ingezet, vooral de drukluchtstraaltechniek. Daarbij wordt een vast straalmiddel, meestal mineraal, metallisch of synthetisch basis, met perslucht versneld en op het oppervlak van het onderdeel gericht, zodat dit wordt bewerkt. Welk straalmiddel het beste geschikt is voor welk materiaal en met welke procesparameters de beste resultaten worden behaald, bleef tot nu toe afhankelijk van de ervaringskennis van de gebruikers.

Maar nu heeft Mark Becker van het Centrum voor Additieve Productie (ZAP) aan het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in nauwe samenwerking met de MST Microstrahltechnik-Vertriebs GmbH uit Reutlingen deze vraag in een wetenschappelijke proefopstelling verduidelijkt. Daartoe vervaardigden de onderzoekspartners eerst proefonderdelen uit de drie thermoplasten Polymelkzuur (PLA), Polyamide (PA12) en Polyetheretherketon (PEEK), die relevant zijn in verschillende productsegmenten voor de additieve productie. Vervolgens werden de proefonderdelen bij het Fraunhofer IPA geautomatiseerd en bij MST handmatig bestraald met glasbreuk, kunststofgranulaat, keramiekbollen of het mineraal korund.

Weten over de juiste straalbehandeling is goud waard

Voor en na de straalbehandeling werd de ruwheid van de proefonderdelen gemeten. Daarbij bleek bijvoorbeeld dat onderdelen van PLA een goede oppervlakteverbetering vertonen wanneer ze met glasbreuk zijn bestraald. Bovendien kon worden aangetoond dat het geautomatiseerde straalproces gelijkmatigere en gladdere oppervlakken oplevert dan de handmatige straalbehandeling.

Het weten over de juiste straalbehandeling is goud waard. Want enerzijds verschillen de materiaalkosten afhankelijk van het straalmiddel en anderzijds hebben de onderdelen, afhankelijk van de druktechniek, meer of minder dringend een straalbehandeling nodig. "Vooral bij de hoogtemperatuurkunststof PEEK, dat in de medische technologie populair is, betaalt zich het verkeerde straalmiddel uit," zegt Becker. "Het materiaal is vrij duur en moeilijk te printen. Het is dan ook bijzonder vervelend als je het onderdeel bij de straalbehandeling per ongeluk onbruikbaar maakt."