Koolstofstaal en constructiestaal kunnen op grote schaal worden 3D-geprint met behulp van Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). Door gebruik te maken van robotgestuurde meerassige afzetting en standaard industriële lasdraad kunnen zwaar belaste stalen onderdelen op aanvraag worden geprint, waarbij de ruimtelijke beperkingen van conventionele 3D-printkamers volledig worden omzeild.
Voor sterk corrosieve maritieme omgevingen of gespecialiseerde toepassingen met zwaar gereedschap voert MX3D ook uitgebreide kwalificatieprogramma’s uit voor 3D-printen met roestvrij staal , superduplex roestvast staal en op maat gemaakte gereedschapsstaalsoorten. Bij de productie van offshore-knooppunten, scheepsbouwonderdelen of beugels voor zware machines biedt het gebruik van WAAM voor constructiestaal geometrische flexibiliteit en een enorme verkorting van de doorlooptijden in de toeleveringsketen.
Waarom WAAM ideaal is voor koolstofarm staal en constructiestaal
De economische aspecten en fysieke beperkingen van additive manufacturing zijn afhankelijk van het gekozen proces. Hoewel poederbedfusiesystemen uitblinken in het printen van kleine, nauwkeurige onderdelen, zijn ze voor grote constructiedelen financieel niet haalbaar vanwege de astronomische kosten van gespecialiseerde verstoven poeders en de beperkte afmetingen van de bouwkamers.
Koolstofarm staal is bij uitstek geschikt voor Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). Het is zeer populair omdat het relatief goedkoop is en perfect werkt met standaardapparatuur voor Gas Metal Arc Welding (GMAW). Koolstofrijk staal daarentegen is niet geschikt voor WAAM-toepassingen.
WAAM is speciaal ontworpen voor grootschalige industriële productie. Door gebruik te maken van goedkope, wereldwijd verkrijgbare, lasbare draadgrondstoffen dalen de materiaalkosten aanzienlijk. Deze uiterst gunstige kostenstructuur gaat gepaard met een uitzonderlijke afzettingssnelheid, waardoor industriële robotarmen continu 2 tot 8 kilogram staal per uur kunnen afzetten.
Deze mogelijkheid sluit perfect aan bij de productie van grote onderdelen die al bijna de uiteindelijke vorm hebben. Grote constructieknooppunten, complexe beugels, funderingen voor zware machines en op maat gemaakte onderdelen voor de offshore- of scheepsbouw kunnen binnen enkele dagen of weken worden omgezet van een digitaal CAD-bestand naar een volledig dicht fysiek onderdeel. Door onderdelen van meer dan 6 meter en meer dan 20 ton te vervaardigen met minder materiaalverspilling, vermindert WAAM aanzienlijk het afval dat ontstaat bij subtractieve CNC-bewerking en de maandenlange doorlooptijden voor gereedschappen die gepaard gaan met traditioneel zwaar gietwerk.
Afdrukken van staalsoorten met MX3D
De volgende gecertificeerde koolstofstaal- en constructiestaalsoorten vormen het belangrijkste materiaalassortiment dat beschikbaar is voor robotgestuurd aanbrengen van zware formaten.
Koolstofstaal / Laaggelegeerd staal
- ER70S-6 (zacht staal): Dit staal, dat voldoet aan de normen AWS A5.18 / EN ISO 14341, is het algemene werkpaard van de industrie voor constructiedoeleinden. Het heeft een hoog siliciumgehalte, wat zorgt voor een uitstekende vloeibaarheid van het smeltbad tijdens het robotlassen. Het wordt op grote schaal gebruikt voor zware constructieframes, algemene machinefunderingen en constructieknooppunten.
- ER80S-serie (ER80S-D2, ER80S-Ni1, ER80S-Ni2): Deze laaggelegeerde draden (zoals de met molybdeen gelegeerde ER80S-D2), die voldoen aan de norm AWS A5.28, worden gebruikt voor het lassen van constructieplaten met een hogere sterkte en voor toepassingen die een hoge slagtaaiheid bij lage temperaturen vereisen. Ze zijn onmisbaar bij de scheepsbouw in koude klimaten en bij de fabricage van zware machines op lokale schaal.
Hoogsterkte laaggelegeerde (HSLA) staalsoorten
- ER100S-G, ER110S-G en ER120S-G: Deze hoogsterkte staalsoorten zijn ontwikkeld voor toepassingen die een uitzonderlijke vloeigrens en hoge slagtaaiheid vereisen. Ze worden op grote schaal toegepast in kritieke staalconstructies, zware pijpleidingen en gespecialiseerde defensiemachines.
- NiMo en NiCrMo: Deze hoogsterkte legeringsdraden worden ingezet om extreme dynamische belastingen op te vangen, waardoor ze de beste keuze zijn voor constructietoepassingen met een hoge belastbaarheid, offshore-knooppunten en geavanceerde zware machines.
Overzicht van de WAAM-portfolio op het gebied van constructiestaal
| Leeftijdsgroep | Typische voorbeelden | Typische opbrengstklasse | Primaire toepassing | Afzettingssnelheid |
| Koolstofstaal | ER70S-6 | ~400–450 MPa | Algemene constructie, funderingen | 2–8 kg/u |
| Standaard laaggelegeerd staal | ER80S-D2, ER80S-Ni1 | ~470–550 MPa | Scheepsbouw bij koud weer, zware machines | 2–8 kg/u |
| HSLA-staal | ER100S-G tot ER120S-G, NiMo, NiCrMo | ~690–830 MPa | Structurele offshore-knooppunten met hoog rendement | 2–8 kg/u |
Mechanische eigenschappen van WAAM-staal
Om WAAM-onderdelen met een gerust hart in dragende constructies te kunnen toepassen, hebben ingenieurs behoefte aan aantoonbare metallurgische prestaties. Met de WAAM-methode aangebrachte constructiestaalsoorten vertonen consequent mechanische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met of zelfs beter zijn dan die van gesmeed staal.
Op basis van grondige interne tests en kwalificatie door onafhankelijke instanties is de norm ER70S-6 (koolstofstaal) zeer consistente eigenschappen:
- Ultieme treksterkte (UTS): 490 MPa A% is correct
- Vleugelsterkte: 375 MPa
- Rek: 25 – 30%
Bij de laaggelegeerde varianten met een hogere sterkte stijgen de vloeigrenzen aanzienlijk, terwijl de functionele ductiliteit en de robuuste Charpy-slagtaaiheid behouden blijven. Omdat WAAM het materiaal laag voor laag aanbrengt, kan er soms sprake zijn van inherente microstructurele anisotropie. MX3D houdt dit strikt onder controle door middel van geavanceerde robotgestuurde toolpath-sequencing en symmetrische strategieën voor warmtebeheer.
Wanneer maximale isotrope prestaties vereist zijn, ondergaan de onderdelen specifieke warmtebehandelingen na het lassen (PWHT) en spanningsverlichtingscycli. Bij een vergelijking van deze aanpak met gewalst of gesmeed constructiestaal biedt WAAM een volledig gelijkwaardige mechanische veiligheid van de kern, maar voegt daar het enorme voordeel aan toe van onbeperkte geometrische vrijheid en aanzienlijk kortere doorlooptijden.
Nabewerking en certificering
Omdat WAAM een near-net-shape-proces is, hebben de geprinte onderdelen een karakteristieke geribbelde oppervlakteafwerking. In de technische workflow worden nauwkeurige bewerkingstoleranties voor ‘near-net-shape’ metalen prints om ervoor te zorgen dat kritieke functionele raakvlakken met CNC-bewerking tot exacte uiteindelijke maattoleranties kunnen worden bewerkt, terwijl niet-functionele bulkgebieden vaak veilig in hun afgedrukte staat kunnen blijven.
Om de structurele integriteit te waarborgen die vereist is volgens de veiligheidsvoorschriften voor de civiele en maritieme sector, werkt MX3D volgens uitgebreide kwaliteitsborgingsprotocollen. Elke kritieke laag kan worden beoordeeld aan de hand van strenge niet-destructieve testmethoden voor robotgeproduceerde WAAM-onderdelen , waaronder ultrasone en penetrantonderzoek.
De productieomgeving van MX3D wordt ondersteund door een robuust certificeringstraject dat is geoptimaliseerd voor de zware industrie:
- DNV-certificering: Productie die volledig voldoet aan de eisen voor zware offshore-onderdelen.
- ASME Sectie IX: Geverifieerde structurele integriteit voor drukapparatuur.
- ISO 9001: Strikte naleving van internationale kwaliteitsmanagementsystemen.
Toepassingen
Het printen van constructiestaal in grootformaat biedt aanzienlijke strategische voordelen in kapitaalintensieve sectoren waar unieke geometrieën of snelle toeleveringsketens van belang zijn.
Offshore- en energieconstructies : Door gebruik te maken van robuuste HSLA-staalonderdelen, zoals op maat gemaakte constructieknooppunten, gespecialiseerde buisfittingen en zware klephuizen, kan 3D-printen in olie- en gastoepassingen de lange doorlooptijden van smeedwerk omzeilen en tegelijkertijd voldoen aan strenge API- en DNV-constructienormen.
Scheepsbouw : Lokale productie op maat van maritieme beugels en constructieonderdelen voor lage temperaturen, op aanvraag, waardoor vertragingen in het droogdok drastisch worden verminderd.
Architectuur en bouw : Ontwerp grote, topologisch geoptimaliseerde staalknooppunten en complexe bouwverbindingen rechtstreeks op basis van digitale ontwerpen.
Zware machines en defensie : Zorgen voor veerkracht in de toeleveringsketen door snel op maat gemaakte gereedschappen, transportbeugels en vervangingsonderdelen voor oudere constructies te produceren.
De belangrijkste bevestiging van de kwaliteit van WAAM-constructiestaal ligt in de toepassing ervan in de praktijk. MX3D heeft een pioniersrol gespeeld bij belangrijke mijlpalen op het gebied van constructiestaal, zoals het hybride constructiestaalproject ‘Pioneer’ van het Imperial College en de op maat gemaakte stalen verbinding van Takenaka , waarmee wordt aangetoond hoe meerassige trajectplanning moeiteloos voldoet aan veeleisende veiligheidsnormen voor civiele techniek.
Hoe u een stalen onderdeel bij ons kunt bestellen
De aanschaf van structurele WAAM-staalonderdelen verloopt via een gestroomlijnd proces dat is ontworpen om een snelle industriële implementatie te ondersteunen. Voor organisaties die behoefte hebben aan onmiddellijke productie van onderdelen, voert onze servicefaciliteit ‘print-on-demand’-opdrachten uit. Voor bedrijfsactiviteiten met grote volumes levert MX3D daarentegen complete, kant-en-klare robotgestuurde M1 WAAM-systemen voor interne implementatie in de fabriek.
Om een aanvraag voor print-on-demand-productie in gang te zetten, heeft ons team voor technische toepassingen het volgende nodig:
- Digitale geometrie: Een CAD-model waarin de grenzen van het onderdeel zijn weergegeven.
- Specificatie van de kwaliteit: Selectie van de vereiste opbrengstklasse (bijv. ER70S-6 voor standaardconstructies, ER100S-G of hoger voor toepassingen met hoge opbrengst).
- Certificeringseisen: Aanduiding van de vereiste tests, protocollen voor spanningsverlichting of maritieme classificaties door derde partijen (Lloyd’s Register, DNV, enz.).
Veelgestelde vragen
Kan koolstofstaal in 3D worden geprint?
Ja, koolstofstaal kan op grote schaal robuust worden 3D-geprint met behulp van Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). In tegenstelling tot poederbedfusiesystemen, die beperkingen ondervinden wat betreft de afmetingen van onderdelen, maakt WAAM gebruik van standaard industrieel lasdraad (zoals ER70S-6) en meerassige robotica om continu grote constructiestaalonderdelen met een spanwijdte van meerdere meters aan te brengen.
Welke staalsoorten kunnen met 3D-printtechnologie worden vervaardigd?
MX3D biedt een uitgebreid assortiment aan koolstofstaal- en constructiestaalsoorten. Dit omvat standaard zacht staal zoals ER70S-6, laaggelegeerde draden zoals ER80S-D2 voor toepassingen bij lage temperaturen, en HSLA-varianten (High-Strength Low-Alloy) zoals ER100S-G en NiMo voor zware, dragende toepassingen.
Hoe sterk is 3D-geprint staal?
Wanneer het via gecontroleerde WAAM-processen wordt aangebracht, vertoont 3D-geprint staal een uitstekende mechanische integriteit. Zo bereikt standaard WAAM ER70S-6-koolstofstaal bijvoorbeeld een maximale treksterkte van 500–550 MPa en een vloeigrens van 400–450 MPa, waardoor het structureel geschikt is voor civiele bouw en zware industrie.
Is 3D-geprint staal even sterk als gesmeed staal?
Ja, wanneer ze onder strenge kwaliteitscontroles worden vervaardigd en na het lassen aan de juiste warmtebehandelingen worden onderworpen, bereiken met het WAAM-proces aangebrachte constructiestaalsoorten doorgaans mechanische eigenschappen die bijna of volledig gelijk zijn aan die van traditioneel gesmeed staal.
Kun je constructiestaalonderdelen in 3D printen?
Absoluut. WAAM wordt actief ingezet voor de fabricage van grote, gecertificeerde constructiestaalonderdelen, waaronder knooppunten voor offshore-pijpleidingen, zware maritieme beugels en topologisch geoptimaliseerde architectonische verbindingen. De fabricage van constructiestaal door MX3D wordt ondersteund door strenge certificeringstrajecten van Lloyd’s Register en DNV.
De technologie begrijpen
Om meer te weten te komen over onze uitgebreide mogelijkheden op het gebied van materialen, kunt u onze volledige gids over WAAM-materialen en certificering , of ontdek hoe robotgestuurd aanbrengen zich rechtstreeks verhoudt tot traditionele gieterijprocessen in onze uitgebreide analyse van WAAM versus gieten en smeden .
