Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE - De ‘snelheid’ waarmee complexe en unieke stukken in 3D geproduceerd kunnen worden en de nabijheid waarmee dat kan gebeuren -des te korter de logistieke lijnen- kan allicht sancties, stockage-kosten en -risico’s voorkomen. «In die optiek dachten we aan 3D-printing».
Fabricom, ENGIELab -het vroegere Laborelec, een kenniscentrum voor de gehele groep- en de KULeuven sloegen de handen in elkaar om een 3D-metaaldrukproces op te zetten.
Eind 2015 kocht ENGIE op groepsniveau een 3D printer aan bij het Duitse SLM Solutions die een jaar later de machine opleverde en installeerde. «Het vergde enige tijd om het printen op punt te krijgen». Ondertussen leidde Fabricom operatoren op. Op dit ogenblik wordt het proces geattesteerd.
Traditioneel attesteert de leverancier van een metalen baar of blok zijn materiaal en daarmee ook de kwaliteit van het stuk dat er later uit gedraaid of gefreesd is. Bij 3D-printen van metaal ligt dat anders. Elk stuk wordt immers afzonderlijk opgebouwd. «Met beide partners -ENGIELab en de KULeuven- proberen we nu de attestering op punt te krijgen.»
Zodra dat rond is -naar aller verwachting nog in het eerste semester van 2017- «nodigen we bestaande klanten uit, in kleine groepen, voor info-sessies en bespreken we wat de technologie voor hen kan betekenen. De tweede helft van 2017 willen we operationeel de markt opgaan.»
Vandaag lopen de druktesten op staal en inox. Voorlopig niet op exotischer materialen. «Het is de bedoeling vooral metaallegeringen te printen. De meeste ervaring hebben we in roestvast staal -RVS 316- maar de KULeuven test momenteel een superlegering. Uiteindelijk bepalen de toepassingen wat het wordt».
Verkenner voor de groep
ENGIE Fabricom bedient de industriële markt -energiesector, waterzuivering, verbrandingsovens,…- met elektro-mechanische installaties, piping,… maar ook infrastructuur werken. Het staat eveneens in voor onderhoudscontracten en instandhoudingswerken.
«Het 3D-printing gebeuren kadert bij ons in een innovatieproces. Met deze piloot exploreren we wat we met de technologie aankunnen en waar we die nuttig kunnen inzetten», zegt Dirckx die nu het business model uittekent.
De samenwerking binnen de groep kwam er vrij toevallig. «ENGIELab wou een 3D-printer en voerde vergaande gesprekken met corporate om een bepaalde printer te kopen. De groep vroeg zich af wat de technologie zou kunnen betekenen. Wij vroegen een oplossing voor onze dure stocks in Zwijndrecht.
Samen gingen we in overleg en nauwelijks twee maanden later tekenden we een overeenkomst ». De Parijse strategiecel van ENGIE kocht de machine, die zo’n 2 miljoen euro kost, aan op groepsniveau. Fabricom zou de machine onderdak bieden langs de Scheldedijk in zijn ateliers voor industriële activiteiten.
«Die investering zouden wij nooit alleen aankunnen», zegt Dirckx. «We zullen onze ervaring delen met anderen in de groep». Tijd aan de machine deelt Fabricom met de partners ENGIELab en KULeuven. Elk a rato van één derde, gespreid over een jaar. Fabricom werft twee mensen aan -wellicht worden ze van universiteiten geplukt- die het ter beschikking stelt om met de printer te werken.
Voor onderhoudswerken
ENGIE had eerder al een AM-machine in de KULeuven gedropt: een SLM 280. «De KULeuven wil op de Leuvense machine doctoraten uitwerken. Wij zijn eerder toepassingsgericht. Het is de bedoeling op onze productiemachine complexere stukken te drukken, unieke stukken en kleine hoeveelheden.
Stukken die te duur zijn om ze op stock te houden», geeft Dirckx mee. «Wij opereren in een commerciële markt en gaan concurreren met de klassieke productiemethodes. Wij zetten de machine in Zwijndrecht in met het oog op instandhoudings- en herstelwerken».
Dirckx denkt in eerste instantie aan industriële klanten in de haven van Antwerpen. Hij noemt de chemie en petrochemie zonder daarin beperkend te willen zijn. Uit zijn materialendrukker kan Fabricom onderdelen halen van kleppen, flenzen, pompen, schoepen,… die vandaag lange levertermijnen kennen.
Alternatief voor spare parts
ENGIE Fabricom heeft kadercontracten met klanten, ook voor preventief onderhoud. Op vraag van de klant koopt het zaken in om herstellingen te kunnen uitvoeren. Zo biedt het klanten bijvoorbeeld een wisselstukkenstock-oplossing aan.
Klanten kopen zelf de stukken in en leggen hun stock aan. Bij sommigen ligt er alleen een kritische stock. Bij anderen is die uitgebreider. «Dat is steevast een kost. Dank zij het 3D-printen heeft de klant de stock niet meer nodig». Is er een stuk nodig, dan kan het straks ‘à la minute’ gefabriceerd worden. «We treden dan in de plaats van de leverancier. Niet voor series maar voor tussenkomsten bij pannes of onderhoud. Met 3D-printing kunnen we onze scope uitbreiden naar ‘zelf produceren’.
Het is voorlopig echter niet de bedoeling om seriematig te gaan produceren. Anderzijds, als de plannen voor de stukken er zijn, zijn er maar weinig beperkingen».
Intellectuele eigendom
Het Zwijndrechtse atelier heeft al langer een Nikon MCA2-scanner waarmee het snel een plan -een ‘virtuele twin’- kan maken van stukken. «Met de 3D-printer sluiten we nu het proces ».
Men is zich wel terdege bewust van de IP-problematiek. Bestaande stukken mag je niet zomaar kopiëren «Voor bepaalde wisselstukken zullen we gesprekken moeten aangaan met de grote toeleveranciers die de intellectuele rechten bezitten. Willen we geaggregeerd zijn om voor hen stukken te maken, dan zal ons 3D-printing gebeuren steevast in samenspraak met hen verlopen.
De oorspronkelijke fabrikanten van de stukken zullen het beheer van die rechten immers niet uit handen geven». «We worden niet echt een ‘fabrikant», sust Dirckx onmiddellijk. «Wij zijn geen fabrikant en het is ook niet de bedoeling er een te worden. Wellicht streven we naar een model waarbij Fabricom stukken produceert voor de eigenlijke fabrikanten. Wat kunnen we voor hen betekenen? Vandaag is het nog te vroeg om sluitende uitspraken te doen over waarheen dit alles leidt».
3D-printer met vier laserbundels
De nieuwe SLM type 500 3D-printer in Zwijndrecht werd eveneens gevonden bij SLM Solutions. Deze ‘productiemachine’ gebruikt ‘selective laser melting’ (SLM) om stukken te bouwen in een poederbed van 280 mm bij 500 mm bij 330 mm.
Dat is tegelijk zowat het grootst mogelijke stuk dat op die printer gebouwd kan worden. ‘Additive Manufacturing’ (AM) van grotere stukken is echter vrij complex. Bij het neersmelten van een nieuwe laag op een reeds gestolde laag metaal, ontstaan er spanningen in het materiaal. Het is niet evident om zeer grote, solide stukken te bekomen.
De ideale toepassingen zijn eerder te vinden in kleine, complexe en/of dunwandige stukken. «De grote machine geeft ons de mogelijkheid om zowel grotere stukken te produceren als om talrijke ‘kleinere’ producten te drukken in één run». Er wordt gebruik gemaakt van Materialise’s Magics RP-software en de modules support generator SG+ en de SLM Build Processor.
Het poederbed wordt voorverwarmd. «Wij werken normaal op 100°C maar kunnen tot 200°C». In de bouwkamer zelf wordt het gebeuren met stikstof gespoeld. Het kan ook met Argon of een ander inert gas. De lasers werken er enkel als de zuurstofwaarde in de kamer minder is dan 0,50%.
De machine is voorzien van vier IPG fiber lasers van elk 400W. Ze werken samen volgens een gepatenteerde multi-beam technology. De vier lasers kunnen tegelijkertijd één onderdeel opbouwen met variabele laagdiktes (20 à 75μm) tegen een maximumsnelheid van 105 cm³/h.
Het poederbeheer is volautomatisch. De Powder Supply Unit (PSX) stuwt het poeder naar het printproces. Deze ‘quad’-laser technologie combineert SLM Solutions met zijn bi-directioneel recoating systeem. Dat maakt deze productiemachine zo’n vier keer sneller dan een toestel met één enkele laserstraal.
Naast de eigenlijke printer staat er een Powder Removal Station (PRS), een wantenkast waar de operator het poeder van de bouwstukken borstelt. Dat herbruikbare poeder wordt via buizen naar de PSX getransporteerd waar het gezeefd en opgeslagen wordt voor hergebruik. De laatste restjes poeder worden weggezogen en zijn niet herbruikbaar.
Dank zij het uitsplitsen van deze ‘pluk’ en ‘reinig’ operaties over een tweede toestel is de productiemachine vrij om te printen. AM is een ‘near net shape’ technologie. De poeders hebben een ‘korrelgrootte’ van 10 tot 100μm. Stukken die een hoge nauwkeurigheid of passing vergen, dienen nog nabewerkt te worden.
«Ons mechanisch atelier in Zwijndrecht heeft draai-en freesbanken, ook CNC. We investeren steeds in de modernste machines op dit vlak. De 3D-printer is ‘complementair’ met de rest van het atelier. Het is één bijkomende schakel in de keten van onze productiemogelijkheden».
Operatoren dragen luchtmaskers in de 3D-drukkerij. Dat is standaardprocedure zodra er contact mogelijk is met poeder. «Metingen toonden aan dat we geen grenswaarden voor gevaarlijke stoffen overschrijden. Maar de technologie is nog redelijk nieuw en misschien zijn alle gevaren van het poeder nog niet gekend. Dus opteren wij voor een voorzichtige aanpak».
(foto’s: Engie Fabricom, LDS)
Door Luc De Smet, Maintenance Magazine
