Additive manufacturingVDL ETG: 3D metaalprinten: kansrijk, maar nu nog niet

12 juni 20184 min

Is 3D metaalprinten al geschikt voor de productie van high tech componenten? Biedt de technologie een oplossing voor de uitdagingen waar toeleveranciers aan bedrijven zoals ASML voor staan? Ton Peijnenburg, manager system engineering bij VDL ETG, gaf op RapidPro antwoord op die vragen. Additive manufacturing biedt de sector nieuw perspectief. Maar de technologie is nog niet waar maakbedrijven de technologie graag zouden willen zien.

 

VDL ETG onderzoekt haalbaarheid AM voor productie high tech componenten

VDL ETG produceert voor ASML onder andere de wafer handling module. Met life cycle verantwoordelijkheid, zegt Ton Peijnenburg. Anders gezegd: de engineers van VDL ETG moeten gedurende de levenscyclus van dit onderdeel de prestaties telkens weer verbeteren. Mede hiervoor zijn ze de mogelijkheden van 3D printen gaan onderzoeken. “We hebben het gevoel dat we daarmee de performance kunnen verbeteren. De ontwerpvrijheid van 3D printen geeft de doorslag”, zegt Ton Peijnenburg.

 

Temperatuur beheersing door koelkanalen

Waar het bij deze module onder andere om draait, zijn de thermische eigenschappen. De temperatuur van de tafel waarop de wafer handler rust, daalt tijdens het productieproces in de chipsmachine in een luttele 7 seconden van +12 graden K naar 0,01 K. Vooral de korte tijd vormt het probleem. 3D metaalprinten biedt de mogelijkheid om interne koelkanalen te integreren en dat leek de VDL engineers een aantrekkelijke oplossing om de performance van deze module te verbeteren. Je kunt dan namelijk pilaren in de kanalen mee printen om de radiale flow van de vloeistof te beïnvloeden. Men kan wel kiezen voor een dure oplossing voor de temperatuurcontrole, maar de kosten spelen ook bij dit soort componenten wel degelijk een rol. Het frezen van dergelijke koelkanalen is geen oplossing, aldus Peijnenburg. “Die kanalen moet je weer dicht maken. Dat zijn kosten die je niet wilt.”

 

Andere toepassingen

Een ander onderdeel waarvoor VDL ETG de haalbaarheid van 3D metaalprinten heeft onderzocht, is een lenskoeler voor een elektronenmicroscoop. Hier gaat het om een uniforme temperatuurverdeling. De kanalen zijn 0,6 mm hoog, met onder en boven 0,2 mm materiaal. “Geprint in titanium zijn de kanalen dicht; in RVS niet”, zegt Ton Peijnenburg over de ervaring opgedaan met deze toepassing. Manifolds zijn eveneens aantrekkelijk om te gaan 3D printen omdat gaten geboord met traditionele langgatboren tot trillingen kunnen leiden als hier vloeistof door heen gaat. Gewichtsbesparing kan een andere reden zijn om te gaan 3D printen. Een topologiestudie voor een onderdeel van de waferstepper liet een gewichtsbesparing van 50% zien met een 23 procent hogere resonantie frequentie. Dit laatste maakt de technologie ook aantrekkelijk. En een vierde voorbeeld dat hij aanhaalt is een module voor het uitlijnen van optische elementen. Met name bij de units die geen miljoenen cycli doorlopen biedt 3D printen perspectief, denkt Peijnenburg. Het onderdeel kan goedkoper geproduceerd worden doordat functies geïntegreerd worden zodat minder onderdelen geasembleerd – en gecontroleerd – hoeven te worden.

 Ton Peijnenburg (VDL ETG): “Additive manufacturing is een mooie toevoeging, maar we gaan er niet alles mee maken”

 

De voordelen van AM

VDL ETG ziet absoluut voordelen in 3D metaalprinten. Optimaal ontwerpen koelkanalen verbeteren de performance van componenten en je hoeft ze niet dicht te lassen, dus de betrouwbaarheid verbetert. Functie-integratie leidt tot minder onderdelen dus tot lagere kostprijzen. En als je moeilijk te verspanen materialen gaat 3D printen, hoeft er minder te worden verspaand dus dat scheelt bewerkingstijd op CNC machines. Additive manufacturing vergt wel een andere denkwijze van engineers, merkte Ton Peijnenburg in zijn presentatie op RapidPro op. “Je gaat alleen materiaal gebruiken waar het nut heeft. Dat vergt ‘omdenken’: hoe pak je dit in je ontwerp aan?”

Nog nét niet goed genoeg

Ondanks de kansen die de engineers bij VDL ETG zien in additive manufacturing, wordt de techniek nog niet volop ingezet. Daar zijn verschillende redenen voor. Een hiervan is het verwijderen van los poeder uit de interne kanalen. “Die moeten echt helemaal schoon zijn in onze toepassingen. Bij kanalen waar gas doorheen stroomt is los poeder of clusters van gesinterde poederdeeltjes uit den boze. Dat is echter nog niet op orde”, zegt Peijnenburg. Het tweede pijnpunt zit bij de nabewerking. Post processing is nog niet op het niveau dat voor high tech componenten zoals VDL ETG die bouwt, nodig is. En de derde reden is dat door onder andere de complexe nabewerkingen de kosten van 3D metaalprinten te hoog gaan oplopen. “Economisch is het nog niet helemaal haalbaar, door het nabewerken.”

 

Best practices delen

Er is dus nog werk aan de winkel. Niet alleen voor de AM industrie zelf, ook voor de toeleveranciers die de technologie kunnen inzetten. Ton Peijnenburg vindt dat de maakindustrie veel meer best practices moet delen met elkaar. “We hebben elkaar nodig om er iets moois van te maken. AM is een mooie toevoeging. Niet een technologie waar we alles mee gaan maken. Maar er gloort wel degelijk iets in de ochtendmis.”

Hier klikken