3D-PRINTING MEER DAN OOIT KWALITATIEF, EFFICIENT EN BETROUWBAAR
ADDITIVE MANUFACTURING STAAT MET BEIDE BENEN OP DE GROND
Op 20 en 21 maart 2019 werd op de Eindhovense High Tech Campus voor de zevende keer de Additive World 3D Printing Conference gehouden. Te gast waren vooraanstaande organisaties en personen op het gebied van industriële Additive Manufacturing (AM). In plaats van alleen juichende voorspellingen over de toekomst van AM, werd er aandacht besteed aan de factoren die de ontwikkeling in de industrie hebben geremd en vooral hoe die te overwinnen zijn.
ADDITIVE WORLD
Additive World is een initiatief van Additive Industries, een fabrikant van industriële 3D metal printing apparatuur. De behoorlijk drukbezochte conferentie werd dan ook geopend door ir. Daan Kersten, samen met Jonas Wintermans, de oprichter van AI en stimulator van high tech bedrijvigheid in de regio. De keynote speaker, Manuel Michiels van Materialise (het grootste 3D-printbedrijf van Europa) zette direct de toon.
“3D-printing is booming”, betoogde hij, “De industrietak groeit jaarlijks met 26,6%, en een groot deel van de maakindustrie maakt er al gebruik van of denkt dat te gaan doen. Toch is de ontwikkeling minder doordringend dan je zou verwachten. We hebben het gevoel dat de potentie van AM nog niet helemaal wordt waargemaakt.”
RESULTATEN VAN DE ENQUÊTE
Materialise heeft vervolgens met een enquête onderzocht wat de redenen zijn waarom bedrijven afzien van het toepassen van AM in hun productieprocessen (prototyping niet meegerekend).
Manuel Michiels: “De resultaten (zie kader) laten zien dat de belangrijkste redenen van financiële aard zijn. Daarom zijn we bij Materialise nog eens goed gaan kijken naar de opbouw van de kosten – die verschilt immers wezenlijk van die van conventionele productie. De operationele kosten variëren per project, maar de drie grootste kostenposten zijn in vrijwel alle gevallen: de kosten van het AM-systeem, van het metaalpoeder en de arbeid. Daar moesten we dus aan werken om Additive Manufacturing aantrekkelijker te maken voor producenten.”
PRIJS EN KWALITEIT
“Er zijn echter meer factoren die prijs en kwaliteit beïnvloeden en de keuze voor of tegen AM kunnen bepalen,” aldus Michiels. “Om er een paar te noemen: de productiesnelheid, de productietoleranties, de herhaalbaarheid (repeatability), de post-processing en de scrap rate. Bij Materialise hebben we een aantal ervan, verdeeld over de hele productieketen, tegelijk aangepakt. Zo konden we, door het ontwerpen van supports voor overhangende delen te automatiseren, de kwaliteit ervan verbeteren, de tijd bekorten die nodig is om ze te ontwerpen en het eenvoudiger maken om restpoeder te verwijderen. Alleen al met deze optimalisatie kon het poedergebruik met 20% worden teruggebracht, en de tijd voor voorbereiding en het verwijderen van de supports met 50-90%”.
10 OBSTAKELS VOOR DE TOEPASSING VAN 3D-PRINTING IN DE MAAKINDUSTRIE
- De huidige technologie is nog te duur
- Het 3D-printmateriaal is nog te duur
- De huidige technologie laat zich niet opschalen
- Onbetrouwbaarheid 3D-geprinte onderdelen
- Onvoldoende expertise op dit gebied
- De business case is onduidelijk
- Onze mensen zouden getraind moeten worden
- Te veel geïnvesteerd in andere fabricagetechnieken om 3D-printing te overwegen
- 3D-printing past niet in bestaande processen
- Wantrouwig t.o.v. verandering en innovatie
MINDER SCRAP
Een andere prijsopdrijvende factor bij 3D-printing is de relatief grote hoeveelheid afval – producten die mislukken doordat in enig stadium van de productie een fatale fout optreedt.
Michiels: “De oorzaken? Slechte supports, botsingen tussen het opstrijkmes (dat steeds een nieuwe laag metaalpoeder neerlegt) en het geprinte voorwerp, en natuurlijk oververhitting of krimpproblemen. De supports waren al eerder aan de orde, maar de andere problemen hebben we vooral aangepakt door middel van digitale simulatie en vroegtijdige detectie van problemen. Het printproces wordt tot in de fysieke details (temperatuur, inwendige spanningen) nagebootst en we proberen potentiële problemen vooraf of in een vroeg stadium te signaleren. Het resultaat is een halvering van de scrap rate – wat neerkomt op een jaarlijkse kostenreductie van € 25.000 euro per AM-systeem.”
KNOLLEN EN VISSEN
Ook andere bedrijven zijn druk in de weer om 3D-printing een boost te geven door de kwaliteit en efficiency te vergroten. Zo introduceerde Valeria Tirelli al vroeg Additive Manufacturing in de wereld van de hydraulische apparatuur. Door de mogelijkheid om aan druk en stroming aangepaste vormen te printen wist ze het Italiaanse familiebedrijf waarvan ze CEO is, een flinke voorsprong te geven. “Mijn inspiratie komt uit de natuur”, zegt ze, terwijl ze laat zien hoe de door haar ontworpen spruitstukken en koppelingen direct zijn afgeleid van venkelknollen, paprika’s en visvormen.
EQUIPMENT-AS-A-SERVICE
Aan de andere kant van het ondernemersspectrum staat het enorme Duitse staalconglomeraat SMS Group. Maar ook dat heeft de AM-technologie herkend als een van de richtinggevende trends voor de toekomst – en zij willen deel uitmaken van de hele value chain. Niet alleen printen ze in eigen hand onderdelen voor het concern, maar ook de vraag naar kwalitatief hoogwaardig metaalpoeder zal naar hun inschatting snel toenemen.
Dr. Tobias Brune legde de strategie uit: in Duitsland wordt een AM-democenter gebouwd, compleet met een gasatomisatiefabriek, testlaboratoria, een printerlijn en hittebehandeling. “Vervolgens is het plan om metaalpoederfabrieken te gaan opzetten op basis van Equipment-as-a-Service: SMS levert de installaties en runt de fabriek, terwijl de cliënt voor het gebouw, de infrastructuur en supplementaire diensten zorgt, en per kilo of ton poeder betaalt.”
BELANG VAN METAALPOEDER
Zelfs in de foyer van het conferentiecentrum blijkt hoe belangrijk de kwaliteit van het metaalpoeder is. Voor Metal Printing-bedrijven levert ThermoFisher SEM’s (Scanning Electron Microscope) ter grootte van een stevig koffiezetapparaat, en voorziet het van software waarmee nanopoeders geheel of deels automatisch kunnen worden onderzocht op grootte, vervuiling, verdeling van deeltjes, materiaal ... Omdat altijd een deel van het dure poeder moet worden gerecycled, is een goede testmethode onontbeerlijk.
VOLWASSENHEIDSFASE
Hoe revolutionair en disruptief AM ook mag zijn, het is duidelijk dat de techniek de volwassenheid begint te naderen. Dat betekent dat AM een eigen plaats moeten krijgen binnen de bestaande productieketens. Prof. Ian Gibson (TU Twente) en dr. Kristian Arntz (Universiteit Aken) werken samen met het Fraunhofer Instituut (onderzoeksinstituut dat vergelijkbaar is met het Nederlandse TNO en ten dele met het Belgische VITO) aan normen en processen waardoor toleranties, afwerking, montage, verpakking en andere randvoorwaarden aansluiten bij bestaande normen en praktijken. De nadruk ligt daarbij op industrietakken als automotive, aerospace en medische toepassingen, en het streven is een raamwerk te creëren voor ‘Industrie 4.0’, de Smart Industry waarbij dankzij automatisering en gegevensuitwisseling (IoT) duurzame, onderling verbonden productie- en onderhoudsnetwerken worden gecreëerd.
ADDITIVE MANUFACTURING GELAND
Dezelfde toon klonk door in de daarop volgende referaten, van Utkarsha Ankalkhope (NCAM, UK) en Tim Hope (GKN Aerospace, UK). Certificatie en kwalificering zijn waarschijnlijk de belangrijkste taken die het toepassen van 3D-printing in Aerospace, medische toepassingen en automotive verder kunnen brengen. Ook tijdens de (wat tamme) paneldiscussie kwam deze conclusie af en toe naar boven. De utopistische verhalen lijken wat te verstommen – Additive Manufacturing is geland en staat met beide benen op de grond.
