Soms moeten metalen structuren plaatselijk poreus zijn om gassen of vloeistoffen door te laten. Bijvoorbeeld bij elektrolysers in waterstoftechnologie of filters in de chemische industrie. Fraunhofer ILT onderzoekt of deze poreuze zones met 3D-metaalprinten direct uit één stuk geproduceerd kunnen worden. Zo kan het aantal afzonderlijke onderdelen omlaag, waardoor wordt bespaard op materiaalgebruik en productiekosten. De nieuwe methode is later deze maand te zien tijdens Laser World of Photonics. Het instituut zoekt geïnteresseerden voor (nieuwe) toepassingsvelden.
Het proces is vooral interessant voor onderdelen waarbij gassen of vloeistoffen op een gecontroleerde manier moeten worden gedistribueerd, gefilterd of gekanaliseerd.
Het gaat bij de nieuwe structuren om 3D-geprinte onderdelen uit één stuk met specifieke permeabele (doorlaatbare) zones.
Gebaseerd op laserpoederbedfusie (LPBF)
De nieuw ontwikkelde methode is gebaseerd op het bestaande laserpoederbedfusie (LPBF)-proces, waarbij een laser via selective laser melting (SLM) metaalpoeder samensmelt en in lagen aanbrengt.
“Als we plaatselijk porositeit toestaan, bijvoorbeeld door de procesparameters te veranderen, kunnen we gecontroleerde permeabiliteit creëren,” legt Andreas Vogelpoth uit. Hij is van de groep LPBF process and systems engineering bij Fraunhofer ILT.
Gangbare ‘doorlaatbare weefselstructuren’(metal foam) voor specifieke permeabele moeten meestal apart worden geproduceerd en in componenten worden ingebouwd. Dit kost niet alleen tijd, maar beperkt ook de ontwerpvrijheid.
Ook leidt het tot veranderingen in de fysische eigenschappen van het component omdat er door de assemblage naden en verbindingen in zitten. Denk bijvoorbeeld aan een verhoging van de thermische en elektrische weerstand.
Verschillende dichtheden, uit één stuk,
De oplossing van de Fraunhofer ILT-groep integreert poreuze zones rechtstreeks in het onderdeel. Daardoor is nabewerking niet nodig.
Dankzij LPBF kunnen binnen één component gebieden met verschillende dichtheden worden gecombineerd.
Het instituut kan overgangen maken met zowel een scherpe scheiding (volledig dicht of volledig open), als met een gradatie in doorlaatbaarheid (geleidelijk naar een open structuur).
Met de nieuwe methode zijn zelfs complexe geometrische vormen met interne structuren te produceren.
Zo wordt dus een nieuwe functie toegevoegd aan 3D-geprinte onderdelen, namelijk permeabiliteit als een ontwerpbare eigenschap,” legt Vogelpoth uit.
Op deze manier ontstaan volledig metalen onderdelen die plaatselijk doorlaatbaar zijn, terwijl ze toch de vereiste mechanische integriteit behouden.
Toepassingsgebieden
Een belangrijk toepassingsgebied is waterstoftechnologie, voor elektrolyzers. Deze bestaan uit complexe celstapels met verschillende functionele lagen, waarbij water met behulp van elektrische stroom wordt gesplitst in waterstof en zuurstof.
Andere toepassingsgebieden zijn te vinden in turbomachines, de gereedschapsmakerij, warmtewisselaars en filters en de chemische industrie. Fraunhofer ILT heeft hiervoor al contacten met eindgebruikers.
Het brede scala aan mogelijke toepassingen onderstreept volgens Fraunhofer ILT hoe relevant deze ontwikkeling is voor hightech toepassingen.
Volgende stap: precieze regeling
Behalve dat de structuren in één enkele productiestap te vervaardigen zijn, zijn de zones eveneens betrouwbaar te reproduceren.
Dat hebben de onderzoekers al aangetoond met computertomografie en doorsneden. Momenteel werken ze aan de volgende stap als onderdeel van een onderzoeksproject: de precieze regeling van de permeabiliteit via procesparameters.
“Ons plan is dat gebruikers ons vertellen hoeveel permeabiliteit nodig is in welke onderdelengebieden. Wij leveren dan de juiste ontwerp- en procesparameters”, vertelt Vogelpoth.
Geïnteresseerden gezocht, óók in mkb
In tegenstelling tot andere spelers die al onderzoek doen naar soortgelijke processen in de turbomachinebouw, kiest Fraunhofer ILT voor een open benadering die toepassingen overstijgen.
Het doel is om het proces toegankelijk te maken voor nieuwe toepassingsgebieden, vooral voor kleine en middelgrote bedrijven die voorheen geen toegang hadden tot dergelijke complexe fabricagemethoden.
De onderzoekers zijn daarvoor actief op zoek naar uitwisseling: naar mensen met eigen ideeën hierover, die problemen ondervinden of die interesse in samenwerking hebben.
Zij worden uitgenodigd om de onderzoekers te bezoeken op de Laser World of Photonics, van 24 tot 27 juni 2025 in München of om rechtstreeks contact met hen op te nemen.
Te zien tijdens Laser World of Photonics
De nieuwe LPBF-toepassingen van Fraunhofer ILT zijn op de gezamenlijke Fraunhofer-stand (hal A3, stand 431) niet alleen te zien maar ook te ervaren.
Daar wordt namelijk een metalen logo van het instituut met geïntegreerde poreuze zones in een waterbak geplaatst. Door een druk op de knop wordt lucht door de gaatjes gebracht.
