2011 11-15 themadag am voor metaal en keramiek - lasercladden - marleen rombouts - vito

  • 347 views
Uploaded on

Additive manufacturing voor metaal en keramiek

Additive manufacturing voor metaal en keramiek

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
347
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0

Actions

Shares
Downloads
7
Comments
0
Likes
0

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. 24/11/2010Opbouwen van materiaal via lasercladden in depraktijkMarleen RomboutsLasercentrum Vlaanderen, Vito, Mol (België)Marleen.Rombouts@vito.be Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011
  • 2. Lasercladden Intro Lasercladden aan het oppervlak Opbouw van drie-dimensionale structuren Slotwoord Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 2 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 3. Laseroplassen/cladden: basisprincipe Laser Materiaal OplaskopTool path generation Machine: Opgebouwd Robot / CNC materiaal Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 3 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 4. Lasers CO2 Nd:YAG Diode Fiber Schijf Absorptie door 7% 30% >40% 30% 30% Fe Spot Rond Rond Rechthoekig Rond Rond Glasvezel Nee Ja Ja Ja Ja El. efficiëntie 10% 3-10% 50% 30% 30% Klassieke lasers Vrij recente lasers Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 4 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 5. Lasercladden: materiaaltoevoeging(Inerte kamer) (Inerte kamer) Poeder + inert gas Poeder- en of transportgas Laser draad V Beschermgas SmeltbadPoederdebiet gecontroleerd via volumetrische feeders identiek als bijthermisch spuiten Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 5 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 6. Lasercladden: bewerkingskop» Bewerkingskop te kiezen a.f.v. vereisten » Coaxiaal met rotatie van kop tot 90° » Coaxiaal fijn focusseerbare poederstroom » Inwendige oppervlakken » Efficientie / productiviteit »… Coherent Fraunhofer ILT Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 6 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 7. Lasercladden: tool path generation» Bij eenvoudige vormen zoals buizen: handmatig programmeren mogelijk» Software die omgekeerde doet van 3D frees software » Maakt deel uit van geheel bij aankoop commerciële machine » Enkele software pakketten afzonderlijk beschikbaar en integreerbaar op eigen robot, CNC machine » Ook voor multi-laag opbouw; scanstrategie controleerbaar … Build direction Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 7 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 8. Toepassingen: macro  micro Grof en snel -12 mm Lasercladden aan het oppervlak Laser spot Nauwkeurig en traag - 10 mm Opbouw van drie- dimensionale structuren 0.05 mm Laser spot + poedertoevoer (+ machine) aan te passen aan toepassing Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 8 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 9. Lasercladden Intro Lasercladden aan het oppervlak Opbouw van drie-dimensionale structuren Slotwoord Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 9 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 10. Lasercladden aan het oppervlak» Beschadigde component herstellen Matrijsherstelling via draadoplassen» Duurzaam product » ‘Goedkoop’ basismateriaal (staal) met corrosie- / slijtagevaste (nikkel, kobalt legering) coating Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 10 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 11. Laseroplassen/cladden: toepassingenLokaal aanbrengen van deklaag met hoge weerstand tegen corrosie en/of slijtage  Landbouw en constructie machines  Petrochemische industrie  Zware industrie  Medische instrumenten  Turbine motoren … Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 11 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 12. Lasercladden aan het oppervlak: materialen M2 steel Stellite 21 Ni-Cr-B-SiFe –based Co –based Ni –basedStainless, tool, … Stellites Inconel, NiCrBSi, …Ni + WC Ti + WC Al-12Si MMC = Metal Matrix Ti-based Al-based CompositeSubstraten: staal met hoog koolstofequivalent  voorverwarming vereist (bv.inductief) Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 12 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 13. Laseroplassen/cladden: materiaalkarakteristieken• Hoge kwaliteit : • Geringe vermenging van het substraat met het deklaagmateriaal (5-10%)  samenstelling aan oppervlak na 1 laag = samenstelling toevoegmateriaal (in tegenstelling tot bij klassiek oplassen) sterke metallurgische binding (veel beter dan bij thermisch spuiten) • Weinig tot geen porositeiten • Homogene samenstelling • Hoge opwarm- en afkoelsnelheid  fijne microstructuur (hardheid ) • Geschikt voor grote waaier aan materialen Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 13 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 14. Slijtvaste carbide houdende deklagen Laser cladding Metaal poeder Slijtvaste metaal matrix composiet deklaagKeramisch poeder:bv. 20-150µm wolfraam carbideDoor snelle afkoeling en geringe warmte-inbreng: carbides lossenminimaal op  hoge hardheid in ductiele matrix behouden! Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 14 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 15. Lasercladden Intro Lasercladden aan het oppervlak Opbouw van drie-dimensionale structuren Slotwoord Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 19 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 16. Opbouw van drie-dimensionale structuren CAD design CAM software Additief Proces Evt. uit scandata • Meestal CNC machine ‘reverse engineering’ • Evt. in inerte kamer •Coaxiale materiaal- Nabewerking toevoer Near-net shape techniek Nauwkeurigheid < SLM Bron: Wikipedia Ook bruikbaar voor 3D herstellingen Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 20 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 17. Klassieker: herstellen van turbine bladen Bron: BCT GmbH Digitalisatie Voorbewerking Scannen & Cladden via scan van oplaszone NabewerkingInconel superlegering / titanium legeringen Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 21 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 18. Herstellen compressor wiel van stoomturbine Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 22 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 19. Herstellen compressor wiel vanstoomturbineVereisten / uitdagingen• lokale herstelling op buitendiameter, totale hoogte opbouw = 4 mm• minimale vervorming: mechanische verankeringen mogen niet loskomen• geen scheuren in laag of substraat (30CrNiMo8 staal)• goede hechting van cladlaag op wiel (mechanische bindingonvoldoende)• materiaal met hoge slijtage weerstandLasercladden met stelliet 21 (Co -28Cr-5Mo-0.25C-2.5Ni)13 lagen voor opbouw van 4 mm hoogte (laser spot 3.8 mm)Wiel getest bij 20.000 toeren/minuut in vacuüm Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 23 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 20. Lasercladden: additief vormgevenFilmpje Vito Vito Vito Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 24 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 21. Lasercladden: additief vormgevenBulk materiaal eigenschappenMechanische eigenschappen RVS 316L1.2 mm laserspot; 300 mm³/min; zonder inerte kamer Horizontaal Verticaal Horizontaal Verticaal Sterkte en ductiliteit zijn beter dan conventioneel uitgegloeid roestvast staal 316L Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 25 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 22. Lasercladden: additief vormgevenBulk materiaal eigenschappenMechanische eigenschappen Inconel 625 Horizontaal Verticaal Horizontaal VerticaalSterkte en ductiliteit zijn beter dan gegoten en van zelfde orde dan conventioneeluitgegloeid roestvast staal Inconel 625 Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 26 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 23. Lasercladden Intro Lasercladden aan het oppervlak Opbouw van drie-dimensionale structuren Slotwoord Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 27 © 2010, VITO NV All rights reserved
  • 24. Slotwoord lasercladden» = toevoegen van materiaal via laser smelten van poeder toegevoerd met gasstroom via nozzle» Karakteristieken: » 3-dimensionale toevoeging van materiaal mogelijk (7-assig) » Multi-materiaal gradiënt » Hoge kwaliteit van toegevoegd materiaal» Breed toepasbaar: » Near-net shape productie van nieuwe functionele componenten » Toevoegen van drie-dimensionale structuren » Hybride, efficiënte productie » Lokale herstelling » Corrosie- / slijtvaste coating Themadag ‘Additive Manufacturing voor metaal en keramiek’, 15 nov. 2011 29 © 2010, VITO NV All rights reserved