Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE - In Vlaanderen zag 3D-printservicebureau ZiggZagg de orderstroom en de omzet vorig jaar toenemen. Niet alleen door het 3D-printen van persoonlijke beschermingsmiddelen en swabs voor de PCR-testen, ook vanwege het 3D-printen van machineonderdelen, omdat de vaste leveranciers vanwege lockdowns niet konden leveren.
Bridge Manufacturing is een term die in 2020 veelvuldig gehoord werd. Marie Langer, CEO van de Duitse 3D-printerfabrikant EOS, zei het tijdens Formnext Connect zo: “We hebben in de pandemie de kracht laten zien van on-demand productie. Ik geloof dat bedrijven nu instappen om hun supply chains meer flexibel te maken.”
Dubbele ontwikkeltrajecten
Toch is dat in de praktijk minder makkelijk gedaan dan gezegd. Een van de belemmeringen is de certificatie. Als een product eenmaal gecertificeerd is voor een specifieke maaktechnologie, kan men niet zomaar daarvan afwijken. De oplossing die de AM-fabrikanten aanreiken, is in de productontwikkeling twee trajecten te doorlopen: het eerste voor traditionele maaktechnologieën; het tweede voor 3D-printen. Dan kan men afhankelijk van de levensfase waarin een product zich bevindt of in geval van onderbroken aanvoerketens, overgaan tot 3D-printen.
“De meerkosten hiervan moeten bedrijven zien als een verzekeringspremie voor een robuuste supply chain”, zegt Stewart Lane, voorzitter van het AM-comité van CECIMO (werktuigbouwmachinefabrikanten). Certificeren is overigens nog steeds een uitdaging. Materialise in Leuven heeft eind 2020 als een van de eersten CE-certificering gekregen voor het portfolio van gepersonaliseerde, 3D-geprinte implantaten en chirurgische mallen.
Tot nog toe moest Materialise voor elk product een aparte procedure doorlopen, sinds 2007 voor meer dan 350.000 medische hulpmiddelen. CE-markering maakt de toepassing hiervan gemakkelijker. Voor hoogwaardige AM-toepassingen zoals die in de vliegtuigindustrie is ondanks certificering nog steeds 100% kwaliteitscontrole vereist, wat een extra kostenpost is.
Hoge kosten
Een ander punt dat de doorbraak van met name 3D-metaalprinten afremt, zijn de hoge kosten per geprint onderdeel. Op zichzelf hoeft een hoge kostprijs geen onoverkomelijk probleem te zijn, mits de toegevoegde waarde van het product deze rechtvaardigt. Daarom wordt verwacht dat de Laser Powderbed Fusion technologie met name voor hoogwaardige toepassingen in de lucht- en ruimtevaart en medische industrie toegepast zal worden.
Binder jetting technologie, die onder andere HP en Desktop Metal ontwikkelen, vindt dan meer toepassing in producten waar de eisen iets minder hoog liggen en aantallen groter zijn. En dus de kostprijs per onderdeel belangrijker. Overigens zijn de fabrikanten van de LPBF-machines wel bezig om de kostprijs per onderdeel omlaag te krijgen. Hun oplossing hiervoor: méér lasers. SLM Solutions heeft het eerste order binnen voor de NXG XII 600 metaalprinter, voorzien van twaalf lasers. Deze 3D-print tot 1.000 cm3 metaal per uur. Velo3D heeft de eerste Sapphire XC machines bij klanten staan. Hierin werken tot acht lasers van elk 1 kW vermogen samen. Volgens CEO Benny Buller daalt hierdoor de kostprijs van een nozzle voor een raketmotor van $ 100.000 naar $ 40.000. Voor kleinere onderdelen, bijvoorbeeld impellers, betekent de nieuwe machine, met in de Z-richting 1.000 mm hoogte, een kostprijsreductie met een factor 3 tot 5.
Verschuiving van CAE naar CAD
De andere piste om de kosten per onderdeel te reduceren, is betere simulatiesoftware zodat men virtueel het printproces kan optimaliseren, zonder dat men telkens teststukken moet printen. Niet alleen startups werken hieraan, ook grote spelers zoals Altair en SolidWorks hebben de eerste oplossingen hiervoor klaar. Altair wil de design engineer tijdens het ontwerpen al simulaties laten doen, niet alleen van bijvoorbeeld de belastbaarheid van het onderdeel, ook van de maakbaarheid. Het Duitse concern verwacht een verschuiving van simulatie door CAE-specialisten naar de CAD-omgeving.
Toepassingen
Zijn er dan in de Benelux nog geen toepassingen buiten prototyping? Jawel. Technisch dienstverlener Eriks 3D-print kunststof gereedschappen voor intern gebruik alsook MRO-onderdelen voor klanten. Voor bepaalde artikelen wil men naar een digitaal magazijn. Tenco DDM 3D-print assemblagegereedschappen voor VDL Nedcar. Het gaat hier onder andere om een gereedschap waarmee het logo en sierstrippen precies goed uitgelijnd op de carrosserie worden geplakt.
De combinatie die DDM Tenco uit Genk heeft ontwikkeld, bestaat uit carbon tubes om gewicht te besparen die gecombineerd worden met 3D-geprinte onderdelen. Het gereedschap werd in drie weken ontwikkeld en geproduceerd, met meerdere iteraties. Bond 3D, een Nederlandse fabrikant van industriële 3D-printers voor technische kunststoffen, is bezig met de ontwikkeling van manifolds voor de halfgeleiderindustrie die geprint worden in PEEK. Deze kunststof weegt drie keer minder dan titanium.
Het grootste voordeel is evenwel dat men met 3D-printen de aansluitingen in het ontwerp kan integreren. De Nederlanders hebben toegang tot het gecertificeerd materialenportfolio van Victrex, een van de aandeelhouders. Suivo heeft de productie van IoT-tags die het in combinatie met eigen software gebruikt voor assetmanagement bij onder andere De Watergroep en bouwbedrijven zoals Besix en Lecot, in eigen hand genomen. De tags worden afgestemd op de investeringsgoederen en op maat geprint op een Fortus 450 mc printer. Deze wordt ook ingezet voor prototypeontwikkeling. In Nederland onderzoekt de Koninklijke Landmacht of een deel van de onderdeelvoorraden vervangen kan worden door 3D-files en 3D printing on demand.
Het Nederlandse DiManEx heeft hiervoor 20.000 onderdelen in het magazijn van de landmacht met de eigen software geanalyseerd. Een kwart daarvan is geschikt. De software van DiManEx kijkt hierbij niet alleen naar de technische aspecten, maar ook naar de businesskant. Onderdelen die hiervoor in aanmerking komen, worden gedigitaliseerd en de 3D-files komen op een afgesloten website om ze te gebruiken bij printing on demand. De Tilburgse start-up Castlab ten slotte wil iets soortgelijks doen met vervangingsonderdelen voor investeringsgoederen. Vaak bestaat de leverancier van zo’n onderdeel niet meer als een vervangingsonderdeel nodig is. Of deze hanteert een grote minimale besteleenheid. De software van Castlab berekent of 3D-printen, gieten of CNC-frezen de beste oplossing is. Het bedrijf heeft al de eerste proefprojecten gedaan voor onder andere de Nederlandse Spoorwegen.
Kunststoffen
Aan de kunststoffenkant gaan de ontwikkelingen sneller dan aan de metaalkant, met name als het om industriële toepassingen gaat. Dit komt doordat de grote kunststofproducenten zich vrijwel allemaal op deze markt hebben gestort. Een van de snelst groeiende toepassingen is het 3D-printen van tooling. Op FFF-printers van rond de 6.000 euro print men met carbonvezel gevuld nylon, heel geschikt voor gereedschappen.
Een andere ontwikkeling aan de kunststoffenkant is het 3D-printen van hele grote objecten, bijvoorbeeld mallen voor composietverwerking. Doorlooptijdverkorting is hier een van de motieven, naast duurzaamheid. Omdat deze mallen vaak slechts één of enkele keren worden gebruikt, kan men zo het totale materiaalverbruik reduceren omdat oude mallen weer verwerkt kunnen worden tot materiaal voor de 3D-printers.
Door Franc Coenen - (foto boven: Eriks)
Kader: Hoe staat het met additive manufacturing in de Benelux?
Flam3D heeft onderzoek gedaan naar de status van additive manufacturing / 3D-printen in de Benelux. 67% van de bedrijven die meededen, 3D-print al, ofwel in eigen huis of besteedt dit uit. De sectoren die tot nog toe het grootste deel van hun investeringsbudget in 3D-printen hebben gestoken, zijn de medische- en luchtvaartindustrie. Hier is de afgelopen jaren respectievelijk 23% en 21% van de investeringen naar 3D-printen gegaan. De deelnemers aan het onderzoek geven aan komende jaren deze investeringen met 23% te willen opvoeren.
Kris Binon, directeur Flam3D (foto), is voorzichtig en zegt dat je de cijfers niet zomaar mag extrapoleren, maar op basis van deze steekproef verwacht hij dat er een potentiële markt voor duizenden 3D-printers is. Daaronder niet alleen de FFF-printers; 35% is van plan te investeren in 3D-metaalprinten. De cijfers stemmen Binon optimistisch, ook al geven deelnemers aan hoge investeringen, gebrek aan kennis en het ontbreken van een business case als belemmering te zien. “Als we dit doortrekken naar de hele maakindustrie, hebben we een scenario waar we graag naar uitkijken. Er bestaat nu eenmaal geen killer app die in een keer voor een vervijfvoudiging van 3D-printen zorgt.”
