3Dealise contributes to article in Aandrijftechniek

Additive Manufacturing: ook aandrijftechniek kan er niet omheen

 

Zou het niet ideaal zijn als aandrijfcomponenten of reservedelen daarvan in no-time kunnen worden vervaardigd? Op maat, op afroep op iedere gewenste locatie? Die belofte lijkt Additive Manufacturing waar te kunnen maken. In verschillende sectoren wordt de techniek inmiddels op grote schaal toegepast. Maar komt het ook zover in de aandrijftechniek? Vormt de mechanische belasting niet een onoverkomelijke drempel voor grootschalige inzet in de aandrijfwereld? Of komen er juiste nieuwe of vernieuwende aandrijftoepassingen en -componenten door Additive Manufacturing binnen handbereik? Deze en andere vragen kwamen aan de orde tijdens de ronde-tafelbijeenkomst over dit onderwerp.

 

Ook de aandrijftechniek lijkt er niet meer omheen te kunnen: Additive Manufacturing, in de volksmond ook wel 3D-printen genoemd. Additive Manufacturing (AM) is een proces waarin op basis van 3D-data materialen -meestal laag voor laag- worden samengevoegd tot een product. Het lijkt te mooi om waar te zijn. Een printer waar een hoeveelheid 3D-data ingaat en vervolgens een min of meer kant-en-klaar product uitrolt. De belangstelling voor AM is dan ook niet verwonderlijk. Maar is die belangstelling terecht of is er voor de aandrijftechniek sprake van een hype? En waar wordt die dan door veroorzaakt? Additive Manufacturing is immers niet van vandaag maar bestaat al geruime tijd. Waarom kregen de inmiddels jarenoude additive manufacturing-technieken, zoals stereolithografie (SLA) fused deposition modeling (FDM), laminated object manufacturing (LOM) en selective laser sintering (SLS) niet de aandacht die 3D-printen nu wel krijgt? Waarom barst het nu allemaal los? Het lijkt een combinatie van factoren te zijn.

 

Aandrijftechniek Feb 2015Aandrijftechniek Feb 2015Aandrijftechniek Feb 2015Aandrijftechniek Feb 2015Aandrijftechniek Feb 2015Aandrijftechniek Feb 2015

 

Hype of werkelijkheid?
Natuurlijk is er in zekere zin sprake van een hype, maar de wereld van aandrijf- en metaaltechniek begint zich ook bewust te worden van de vele mogelijkheden. En niet onbelangrijk: patenten op bepaalde AM-technologie zijn beëindigd of naderen hun einde. Dat brengt een verhoogde aandacht voor de betreffende techniek met zich mee. Niet alleen in Nederland maar wereldwijd. Niek Dijkshoorn van TNO: “Additive Manufacturing is al jaren één van de oogappels van Europa en wordt gezien als speerpunt voor de toekomst van de Europese maakindustrie. Kennis op dat gebied is daarom samengebracht in het AM Platform dat onder meer jaarlijks een strategisch researchprogramma samenstelt. Wanneer je inzoomt op de bedrijven zelf, dan blijkt dat vele met AM aan de slag gaan om beter op kosten te kunnen sturen. Dat vergt echter wel de nodige kennis. Kennis die nu nog vaak ontbreekt of tekort schiet.” Philippe Reinders Folmer van Renishaw maakt een splitsing: “Je kunt een onderscheid maken tussen de kunststof- en metaalwereld. Niet-industriële, vaak kunststofgebaseerde toepassingen die ook wel bekend zijn van de 3D-printer thuis op je bureau, hebben een vlucht genomen. Dat zorgt ook voor die grote hype. Op de achtergrond gaan de industriële, vaak metaalgebaseerde toepassingen gewoon in eigen tempo door. Daar speelt een begrip als reproduceerbaarheid een belangrijke rol. Pas als de repeteerbaarheid van producten -op dezelfde én op verschillende productiemachines- goed geregeld is, kan het volledige of gedeeltelijke proces locatie- en machineonafhankelijk worden gemaakt. Dat lukt nog niet altijd zoals we zouden willen, maar er gebeurt op dat terrein ontzettend veel. Een onderschat en onderbelicht terrein daarbij is de metaalkunde. De kennis die er op dat gebied is, blijft achter bij de snelle ontwikkeling van het werkveld. En die metallurgische kennis is absoluut nodig om uit poeder een metaalproduct te kunnen maken.” Roland Stapper van 3Dealise vult aan: “De hype helpt er echter ook bij om op verschillende niveaus binnen bedrijven bewustzijn te creëren. Dat bewustzijn is ook nodig - van ‘boardroom’ tot verkoopafdeling. Alle geledingen van het bedrijf moeten zich realiseren wat er met AM mogelijk én onmogelijk is en tegelijkertijd weten welke technologische eisen dat aan bedrijfsprocessen stelt.”

 

Samenwerken op alle niveaus
Dat betekent ook dat er nog veel werk te doen is. Waar moeten we dan aan denken? Samenwerking lijkt één van de speerpunten te zijn. Klopt dat ook? Arno Gramsma van KMWE: “Jazeker. Op dat gebied is er inderdaad nog heel veel werk te doen. Je merkt dat de AM-technologie én de gebruikers een leerontwikkeling doormaken. Die leercurve mag wat ons betreft veel sneller omhoog gaan. Dat kan alleen door kennis te delen. Wij investeren dan ook bewust in samenwerking met andere partijen en betrekken studenten intensief bij onze AM-ontwikkelingen. Het lastige is dat er op heel veel verschillende plaatsen aan AM-ontwikkeling wordt gewerkt.” Toch zijn er wel ook al successen te noteren. Niek Dijkshoorn: “Dat is zeker het geval, met name in de categorie ‘niet eenvoudig’ worden er grote stappen vooruit gezet. Het zijn meestal niet de goedkoopste oplossingen omdat er iets wordt vervaardigd dat anders gewoon onmogelijk zou zijn.” Maar dat het niet altijd om kostbare oplossingen hoeft te gaan, bewijst de praktijk van Roland Stapper van 3Dealise: “Onze gietvormen van zand zijn daar een goed voorbeeld van. Die maken wij met behulp van 3D-printen. Met die vormen wordt uiteindelijk weer een traditioneel product gegoten. Moderne techniek wordt zo ingezet om een traditionele techniek te versnellen of te vereenvoudigen.” Henk van Dasler van eYemerGe: “Dat maakt nog maar eens duidelijk dat de hype alszodanig niet in de industrie wordt ervaren. Uiteraard leeft wél het gevoel dat er iets moet gebeuren maar hoe dat moet, is niet voor iedereen duidelijk. Daar zal wel verandering in komen.”

 

Krachtenbundeling
Grote drijfveer achter die verdere verandering is de AM-software AM-systemen worden bestuurd. Philippe Reinders Folmer: “Momenteel is er een aantal grote namen op dat gebied maar je ziet dat krachten zich gaan bundelen. De dominante positie die Materialise heeft, zorgt er voor dat andere partijen zich gaan versterken. Uiteindelijk profiteert de markt daar natuurlijk van.”

 

De sterke positie die Materialise inneemt, kan niet helemaal los worden gezien van het nationale stimuleringsprogramma van de Belgische overheid. Henk van Dasler: “Dergelijke programma’s hoeven zich natuurlijk niet te beperken tot nationaal niveau. Ook op lokaal of regionaal niveau zie je dergelijke krachtenbundelingen ontstaan.” Een goed voorbeeld daarvan is KMWE. Arno Gramsma van KMWE: “De ontwikkelingen is onze tak van sport gaan zo snel, dat je onmogelijk kunt blijven wachten op financiering door overheden. Daar willen en kunnen wij niet op wachten en dat betekent dat we bewust zijn gaan samenwerken. Je kunt ons initiatief eigenlijk zien als voorbeeld voor de Field Labs die recent in het kader van het Smart Industry initiatief zijn gestart. Het grote verschil is dat bij ons het idee, de invulling én de uitvoering door industriële bedrijven zelf wordt gedaan.”

 

Metaal en kunsstof
De eerder gemaakte splitsing tussen metalen en kunststoffen voor de industriële en niet-industriële markt komt ook weer ter sprake op het moment dat de 3D-materialen en hun toepassingen ter sprake komen. Henk van Dasler: “Bedrijven die metalen producten vervaardigen en vervolgens met 3D aan de slag gaan, hebben de neiging om met hetzelfde materiaal verder te gaan. Daarbij wordt voorbijgegaan aan de mogelijkheden van kunststof. Er zijn veel metalen producten die ook in kunststof kunnen worden uitgevoerd. Zeker als die producten een tijdelijk karakter hebben.” Max van den Berg van Festo verklaart: “In de huidige marktstructuur betalen bedrijven die 3D-printen toepassen, per materiaal een licentie. Dat beperkt de keuzevrijheid en remt deels de ontwikkelingen.” Niek Dijkshoorn verwacht echter wel verbetering: “Die structuur gaat veranderen. Open source oplossingen beginnen hun intrede te doen en zullen ervoor zorgen dat de huidige licentiedrempels komen te vervallen.” “Er is eigenlijk sprake van de remmende voorsprong”, aldus Philippe Reinders Folmer. “De kosten voor AM-productie, inclusief de licenties, liggen in de keten, terwijl de afnemer de vruchten plukt. Hij profiteert van een product dat sneller en flexibeler kan worden vervaardigd. Dat betekent ook dat de meeste voordelen van AM worden ervaren wanneer een bedrijf zoveel mogelijk in eigen huis doet.”

 

Op de vraag of alle metalen kunnen worden ingezet voor AM, antwoordt Philippe Reinders Folmer: “In principe wel, zolang het metaal in poedervorm en met de juiste materiaaleigenschappen beschikbaar is. Dat maakt bepaalde metalen ineens ook beter toepasbaar. Titanium is bijvoorbeeld lastig om met conventionele technieken te bewerken, terwijl het net als andere metalen heel goed kan worden 3D-geprint. De kwaliteit van het basismateriaal is daarbij echter wel doorslaggevend.”

 

Kwaliteit en procesbeheersing
Naast de keuze voor het basismateriaal zijn meerdere factoren bepalend voor de kwaliteit van het eindproduct. Ook het product en bijbehorende productieproces zijn van doorslaggevend belang. Philippe Reinders Folmer verklaart: “In het AM-proces wordt een aantal stappen genomen: scannen, ontwerpen, printen en nabewerken. Een kleine afwijking in één van deze fasen van het productieproces, kan grote gevolgen hebben voor het vervolgtraject. Wie zeer hoge eisen stelt aan de nauwkeurigheid van zijn producten, zal dus uit moeten gaan van goed basismateriaal én alle fasen van het productieproces moeten beheersen. Die procesbeheersing is hoe dan ook geen overbodige luxe want uiteindelijk is er ook nog zoiets als productaansprakelijkheid.” “Dat verschil tussen traditionele productietechnieken en AM wordt duidelijk geïllustreerd door de productieketen zelf”, aldus John Hagelaars. “Een metaal voor een traditioneel vervaardigd product komt uit de hoogovens en gaat vandaar naar een producent die er een bepaalde bewerking op uitvoert. Vervolgens wordt dit halffabrikaat weer door een ander bedrijf nabewerkt om tot slot als gereed product te worden verkocht. Bij AM zijn al die productiefasen geconcentreerd in één machine. Dat vereist een optimale procesbeheersing.”

 

Snel even een reserveonderdeel maken voor een component dat op een boorplatform kapot gaat, is er dus niet bij? Arno Gramsma: “Dat kan eigenlijk alleen maar door met mindere specificaties te werken en dat zou dan gelijk voor alles moeten gelden. Tot nu toe is het zo, dat er één specificatie is, die voor alle producten geldt. Daarbij wordt niet gekeken naar de manier waarop producten zijn vervaardigd.” Roland Stapper vult aan: “Het interessante is dat je als bedrijf met 3D-printen kunt beginnen, zonder zelf een machine te hebben. Wat AM voor veel bedrijven zo interessant maakt, is het feit dat je alles overal kunt maken. Een bedrijf is in principe niet meer gebonden aan een productielocatie en kan zich daardoor veel meer richten op productontwerp en -engineering.”

 

Over de kwaliteit van AM-producten vertelt Max van den Berg: “Wij doen inmiddels vijf jaar onderzoek naar de kwaliteit van eindproducten die met AM zijn vervaardigd. Die kwaliteit blijkt altijd goed te zijn. Het nabewerken blijft echter wel een drempel.” Dat is ook de ervaring van Philipp Krebs van SKF: “Onze producten worden veel toegepast in omgevingen waar kwaliteit uitermate belangrijk is: de luchtvaart- en medische industrie. Op dit moment is het zo dat de specificaties voor een product door de klant worden aangeleverd. Je zou echter liever met de engineer om tafel zitten om te kijken welke uitvoering van een product het best is. Bepaalde delen kunnen zo met AM worden gerealiseerd en andere delen met traditionele bewerkingstechnieken. Dat kan in sommige gevallen leiden tot een product dat in aanschaf iets duurder is, maar op termijn wel tot besparingen leidt.”

 

Veiligheid en gezondheid
Met de snelle opkomst van AM is het geen overbodige luxe om stil te staan bij veiligheid en gezondheid. Bij 3D-printen is dit voor veel bedrijven ook nog een onontgonnen terrein. Zowel de deeltjesgrootte als de samenstelling van de poeders waarmee wordt gewerkt, doen vermoeden dat er ook gevolgen voor de gebruiker kunnen zijn. Een terechte angst? Philippe Reinders Folmer: “Bij het 3D-printen wordt inderdaad gewerkt met fijnstof en we moeten dan ook uitkijken dat de 3D-printer niet de bron van toekomstige stoflongen wordt. Daarom moeten altijd maskers en handschoenen worden gebruikt en de afzuiging goed zijn geregeld. Dat laatste is nog eens extra van belang omdat het fijnstof een bron van stofexplosies kan zijn. Een klein moment van onachtzaamheid kan fataal zijn.” John Hagelaars: “Er is inderdaad niet exact bekend wat de veiligheids- en gezondheidsrisico’s van AM zijn. Juist om die reden hebben wij driedubbele veiligheden in het AM-productieproces ingebouwd. En omdat wij bovendien intensief met andere partijen samenwerken hebben wij ook een verantwoordelijkheid naar elkaar. Dat betekent echter ook dat je samen een veilige oplossing kunt vinden.”

 

AM voor de aandrijftechniek
Met de grote belangstelling voor AM ontkomt ook de wereld van de aandrijftechniek niet aan deze nieuwe technologie. Op het eerste oog lijkt het een wonderlijke combinatie; in tegenstelling tot bijvoorbeeld elektronica- of consumentenproducten stellen aandrijfcomponenten immers hoge eisen aan de mechanische belastbaarheid en de vereiste levensduur. Is er sprake van een verstandshuwelijk of echte liefde? “Er zijn heel veel aandrijftoepassingen denkbaar die met AM gebaat zijn. Denk aan producten waarvan kleine series nodig zijn, zoals reservedelen. Die kunnen dankzij AM op afroep worden vervaardigd.” “In het verlengde daarvan is ook het prototypen van aandrijfproducten een toepassing die bij uitstek met AM kan worden ingevuld”, aldus Gijs op de Weegh van Lapp Benelux. Dijkshoorn vervolgt: “Voorwaarde is wel dat er vooraf wordt nagedacht over het vervolg van de prototypefase. Is er voldoende geïntegreerde kennis in-huis om de producten vervolgens ook in serie met AM te gaan produceren. Daar schiet het binnen veel bedrijven nog wel tekort.” Als het om serieuze mechanische belasting van aandrijfcomponenten gaat, zijn er nog wel de nodige stappen te zetten. Roland Stapper: “Het 3D-printen van bijvoorbeeld tandwielen blijft lastig en vergt na afloop vaak nog nabewerking. Bij die toepassingen moet je het dan ook veel meer zoeken in de kast die om het tandwiel gaat. Die kan dankzij AM kleiner of lichter worden geconstrueerd.” Max van den Berg en Arno Gramsma vullen aan: “De kunst is om verschillende productietechnieken te combineren tot een hybride productuitvoering. Het tandwiel zal dan traditioneel worden gemaakt, maar de reductiekast wordt met AM uitgevoerd in kunststof.” Roland Stapper vervolgt: “Het zal daarnaast ook nog wel even duren voordat grote metaalprinters breed worden ingezet. De technologie begint nu haar intrede te doen bij grote bedrijven, zoals Audi. De huidige toepassing beperkt zich dan tot het maken van een gietvorm waarmee vervolgens een gietproduct wordt gemaakt, maar het is wel typerend voor een trend richting grotere machines.”

 

Sexy techniek
Die nieuwe techniek en de digitalisering van productietechnieken, stelt andere eisen aan personeel. Er wordt meer kennis van IT en materiaalgedrag verlangd. Een nieuwe generatie technici zal dat moeten gaan brengen. Gaat dat lukken? Henk van Dasler: “De nieuwe generatie krijgt nu al op hogescholen te maken met verschillende AM-initiatieven. Er is echter nog veel nodig om de kennis op HBO-niveau te krijgen.” Het investeren in die nieuwe generatie is dan ook geen onnodige luxe. John Hagelaars van Machinefabriek De Valk: “AM is voor jongeren sexy en het heeft dan ook een grote marketingwaarde als je jongeren wilt interesseren voor techniek. Je kunt het vergelijken met de IT-wereld die voor jongeren heel aansprekend is.” Samenwerking is ook hier de sleutel naar succes aldus Philippe Reinders Folmer: “Door studenten intensief bij de AM-ontwikkelingen te betrekken, wordt het kennisniveau op een hoger niveau gebracht. Wij geven daar veel aandacht aan. Bijvoorbeeld door apparatuur beschikbaar te stellen. Daarmee groeit de ervaring. Aan de andere kant van het spectrum zie je natuurlijk ook een ontwikkeling naar zogenaamde ‘smart sets’: kant-en-klare AM-oplossingen waar alle kennis en ervaring is ingebouwd. Binnen 3 tot 5 jaar zullen dergelijke systemen een serieuze plaats op de markt gaan innemen.”

 

 

Ronde-tafelbijeenkomst Additive Manufacturing
Deelnemers aan de ronde-tafelbijeenkomst over Additive Manufacturing zijn: Philippe Reinders Folmer van Renishaw Benelux (Breda), Max van den Berg van Festo (Delft), Henk van Dasler van eYemerGe (Den Dolder), Gijs op de Weegh van Lapp Benelux (Waalre), Roland Stapper van 3Dealise (Goor), John Hagelaars van Machinefabriek De Valk (Valkenswaard), Philipp Krebs van SKF (Nieuwegein), Niek Dijkshoorn van TNO (Delft) en Arno Gramsma van KMWE 3DP (Eindhoven).

 

Aandrijftechniek.nl

UNSERE VISION: DIE NÄCHSTE REVOLUTION IM PRODUKTIONSBEREICH

Freiheit des Entwurfs
Direkt vom CAD
In der eigenen Region
Alles aus einer Hand
Keine Verschwen-dung
Wenig CO2
Schnell
Einzelan-fertigungen