Robots 3D-printen stalen brug «uit het niets»

Schitterend project: in Amsterdam, aan de Stoofsteeg, komt er over de Oudezijdse Achterburgwal een 3D geprinte stalen voetgangersbrug.

Trefwoorden: #3D printen, #additive manufacturing, #Amsterdam, #MX3D, #stalen brug

Lees verder

Magazine

Download het artikel in

ENGINEERINGNET - Het principe: twee robots smelten er ter plaatse en 'in het ijle' een brug van de ene oever naar de andere. Zonder dat er (op het verankeren na) montagewerk aan te pas komt. In één stuk.

Twee zes-assige robots die zich autonoom over een rivier 'in het ijle' naar de overzijde lassen? Het klinkt als verre toekomstmuziek.Toch is dat precies wat de Nederlandse start-up MX3D op zijn planning heeft staat. Met om te beginnen een 'case' om de haalbaarheid van het principe te bewijzen.

Geschraagd door een hele reeks grote namen uit de technische wereld, waaronderAutodesk, Heijmans en ArcelorMittal. Alvast zij zien het potentieel van de 3D-printing of Additive Manufacturing-techniek. En voor wie nog twijfelde: de techniek is een blijver die de wereld van productie en (civiele) engineering wel degelijk op zijn kop zal zetten... maar we hebben er nog slechts een vaag idee over hoe groot die impact zal zijn.

Nu is de locatie in Amstendam - de grachten - te druk om er onmiddellijk aan de slag te gaan. Daarom '3D-print' MX3D de 8 meter lange en 4 meter brede brug dus elders ‘geconditioneerd’ in een oude scheepsbouwloods op het terrein van NDSM. Eind 2017 zou het 5 ton zware gevaarte dan opgepikt en op zijn plek gezet worden. Ondertussen zal het project regelmatig de deuren opentrekken zodat bezoekers het bouwen van de brug kunnen meemaken.

Staal in de lucht tekenen
De lasrobots tekenen als het ware staal in de lucht. De kunst bestaat er in het CAD-ontwerp te linken met de lastoortsen bovenop de robots. Het lassen gebeurt vandaag met MIG-lasapparaten. «In het lab printen we RVS-draad neer onder 98% argon beschermgas.

Wellicht printen we ook de brug in RVS», zegt CTO Tim Geurtjens bij MX3D. De lasrobot smelt puntnauwkeurig metaaldruppels op elkaar neer. Naargelang het metaal verticaal, schuin of horizontaal neergezet wordt, kent de lasrobot een andere instelling, een andere snelheid en wordt de puls- en rusttijd van het lasapparaat aangepast, de snelheid van draadtoevoer, de laagdikte,... Dat alles wordt ook afgestemd op de hoek waaronder de robot de druppel aanbrengt.

Near shape
Een afstudeerstudent aan de TU Delft onderzocht proeflassen. Metallurgische testen, trekproeven,... «De sterkte van het gelaste materiaal bedroeg 90% van die van de oorspronkelijke lasdraad», zegt Geurtjens. Er werden geen insluitingen noch porositeiten gevonden. Spanningen in het materiaal evenmin. De ontwerpsoftware - Autodesk (Dreamcatcher, Dynamo) - neemt de data over de sterkte van het materiaal mee. «Bij elke verschillende geometrie is dat natuurlijk anders».

Rond het 3D printen van metaal werkt MX3D samen met Acotech Automatisering. Met draadleverancier Arcelor Mittal en Air Liquide is er een ontwikkelingstraject uitgezet om te 3D-printen met een TIG-lasapparaat, een trager proces maar hoger op de ladder van laskwaliteit.

Gekeken wordt om TopTech-automatiseringstechnologie te koppelen met het lastoestel van Oerlikon - een merk van Air Liquide Welding - voor de automatische draaddoorvoer. De digitale sturing maakt de eigenschappen van de vlamboog softwarematig beschikbaar terwijl de snelle verwerking van massa’s data de brug gooit naar CAD en robotsturing.

Elke smeltlaag meet 0,8 à 1 mm. «Het feit dat het eindresultaat niet extreem nauwkeurig is of glad nemen we voor lief. We leggen dat aspect even naast ons neer en kiezen ervoor om iets 'groot' te printen. Voor het eerst», zegt Geurtjens. Bovendien wil hij de brug ook 'snel' printen.

Kunst en techniek
Eerder al ontwikkelde het Joris Laarman Lab - naar de ontwerper/kunstenaar Joris Laarman (35) afgestudeerd aan de Design Academy Eindhoven in 2003 - de technologie om met harsen in de lucht te tekenen. Daartoe sloegen hij en het Institute of Advanced Architecture of Catalonia de handen in elkaar.

Het resultaat was een robotarm met spuit die een speciaal sneldrogende hars extrudeert. De pastaslang die uit het spuitpistool wordt gedrukt, hardt onmiddellijk uit onder de invloed van twee heteluchtblazers. Verfafbranders. Voor deze basisidee is er een patent in aanvraag.

Laarman ontwierp zijn ‘drakenbank’ - Dragon Bench - die bestaat uit stalen meshes die volumes creëren in de ruimte. Hij zette het bedrijf MX3D op om de 3D-metaalprint technologie te commercialiseren. Arcelor Mittal levert de RVS-draad die neergesmolten wordt.

Andere partners zijn het bouwbedrijf Heijmans, en de sponsors Air Liquide, ABB Robotics, STV, Delcam, Lenovo, Oerlikon, UL, Plymovent, Maxibel, Desso, TU Delft, AMS Fieldlab en de gemeente Amsterdam.

Ondertussen werkt het bedrijf aan een levenscyclusanalyse voor zijn techniek. Geurtjens: «Dan weten we hoeveel energie we gebruiken, hoeveel engineeringtijd een project vergt... maar nu een prijs op de brug zetten, is te vroeg». Hij wil voortmaken.

«We willen snel kunnen printen. Patenteren vergt tijd en is duur, zeker wanneer je verschillende technologieën combineert. We willen ons daardoor niet laten tegenhouden. Onze strategie is de concurrentie voor te blijven». Mettertijd wil het bedrijf de opgebouwde expertise inzetten voor anderen.

Optreden in consultancy, dus. MX3D telt ondertussen tien mensen. Velen zijn net afgestudeerd.


(foto's: MX3D)
door Luc De Smet, Engineeringnet

Kader:
Ricoh met eigen productiemachine op 3D-print markt
Additieve fabricage of professionele 3D-printing schuift hoe langer hoe meer op naar het stadium van de 'volwassen technologie'. Zoals dat lang geleden ook gebeurde met bijvoorbeeld CADCAM, dat eerst spits- en later basistechnologie werd.

Het bewijs: vanaf midden 2016 begint zelfs een fabrikant van kantoorprinters als Ricoh met de serieproductie van zijn eerste eigen, professionele machine voor het 3D-printen van uit de kluiten gewassen objecten van 550 mm (B) × 550 mm (D) × 500 mm (H).

De nieuwe machine zal duurzame high definition voorwerpen kunnen produceren en maakt gebruik van het Selective Laser Sinteren van twee materiaaltypes: PA6 en PP.


(BB)