Halvering stuksprijs dankzij hogere output nieuwe generatie AM-systemen de productie van deze implantaten versneld richting additive manufacturing gaat verschuiven: automatisering en een hogere snelheid zorgen voor forse kostenverlagingen.
Kostprijs: van €82 naar €40 euro per stuk
Hij toont een kostprijsvergelijking voor een 3D geprinte heupkom (52 mm doorsnede, Ti6Al4V) tussen een moderne 3D metaalprinter en een machine van de eerste generatie, met een printbed van 250 bij 250 mm en één enkele laser. Met zo’n oude opstelling kom je op een kostprijs van €82 per heupkom. En je hebt 66 machines nodig om op jaarbasis 100.000 cups te produceren. Per machine kom je namelijk bij een OEE van 80% tot een productie van 2288 implantaten per jaar. Met een investering van €850.000 (in 2005) komt hij op een kostprijs van €82.23 per onderdeel, waarvan alleen al de afschrijving op de machine ruim €50 per heupkom is. In zijn nieuwe model rekent Kircher met een AM-systeem met vier lasers en geïntegreerde automatisering. Kostprijs €1,5 miljoen. De betere optieken
verhogen de depositierate met 30%. De OEE van zo’n AM-systeem is (mede dankzij de automatisering) 95 procent. Eén systeem 3D print jaarlijks 15.619 implantaten. Dat resulteert in een halvering van de kostprijs per implantaat tot €40.25 (waarvan nog maar €13.72 afschrijving per onderdeel). Nu volstaan 7 van deze systemen om in twee dagen tijd 60 heupkommen te 3D printen. Ryan Kircher: “Als je naar de kosten en de schaalbaarheid van 15 jaar geleden kijkt, was 3D printen niet zinvol. De vooruitgang van de technologie heeft dit veranderd. Het wordt daarom tijd om de businesscase opnieuw te evalueren. Ik denk dat additive manufacturing voor dit type medical devices echt concurreert met conventionele maaktechnieken.”
FDA-richtlijn:
https://www.fda.gov/medical-devices/emergency-situations-medicaldevices/emergency-use-authorizations#coronavirus2019
De rol van simulatie Een hogere productiviteit ergo lagere kostprijs per onderdeel zal niet alleen komen door snellere machines en automatisering van de stappen na het printproces. Juist in de ontwikkeling van een applicatie zal simulatie een grote rol spelen om sneller een correct product te produceren. Softwareontwikkelaar Ansys wil hiervoor thermische beeldvorming als gereedschap inzetten, blijkt uit de presentatie van Zack Francis, softwareontwikkelaar bij Ansys. “We willen een match tussen simulatie en proces monitoring.” Daartoe combineert Ansys thermische modellen gebaseerd op historische gegevens met de data van het echte proces. Deze kan Ansys bij sommige machines rechtstreeks uitlezen, bij andere gebruikt men de uitkomsten van metingen die Sigma Labs tijdens het printproces doet. Volgens Zack Francis kun je met de thermische simulatie nauwkeurig scanpatronen modelleren. Deze gebruik je vervolgens om problemen bij het printen van je echte onderdelen te analyseren. “Als je problemen in een bepaald deel van het werkstuk hebt, kun je daar bijvoorbeeld je scanpatroon op aanpassen en in de simulatie zien hoe met deze problemen om te gaan.” Ansys werkt inmiddels aan de vervolgstap: procesmonitoring gebruiken om zwakke plaatsen in het geprinte onderdeel te detecteren. De verandering van parameters kan men vervolgens experimenteel valideren. De software moet niet alleen de hoge trial and error kosten reduceren, maar eveneens het vertrouwen in AM-onderdelen verhogen. Zack Francis:”Niet alleen door datgene wat je ziet aan de buitenkant, maar door het hele onderdeel heen.”
de nadruk op het vereenvoudigen van de digitale workflow. Deze workflow is nu nog te zeer gefragmenteerd, zegt Sualp Ozel, senior Product Manager AM bij Autodesk. Het softwareconcern bundelt in Fusion 360 de hele AM-workflow; van de start van het designproces via simulatie en visualisatie tot en met de planning van de productie en simulatie van het proces. Volgens hem leidt dit tot een versnelling van de industrialisatie van additive manufacturing. Met name de stappen van design naar simulatie en weer terug naar design voor aanpassingen, kan hiermee efficiënter verlopen, meent Sualp. Zo past Autodesk automatisch supportstructuren aan als het design van een AM-deel verandert. Ook Autodesk zet in op de ontwikkeling van simulatiesoftware om het printproces te simuleren, zodat je vooraf al inzicht krijgt in waar problemen gaan ontstaan. Hiervoor worden thermo-mechanische modellen gebruikt. Autodesk heeft samen met GKN en Renishaw een case study gedaan waarbij men op basis van de uitkomsten van de simulatie de geometrie van het AM-werkstuk heeft aangepast. Daarmee compenseert men afwijkingen en vervormingen die ontstaan door de warmteinbreng tijdens het 3D printen. “Daarna hebben we het onderdeel gescand. Vergelijk je de data, dan zie je dat het onderdeel dat we gecompenseerd hebben minder afwijkt van de originele vorm dan het andere onderdeel, zonder compensatie.” Daarmee kun je het ontwikkelproces versnellen.
Eenvoudigere digitale workflow
Simulatie speelt ook bij Autodesk een belangrijke rol. Hier ligt
44
print magazine oktober 2020
