Page 1

3e JAARGANG EDITIE 2 â—? november 2016

print magazine

Informerend en inspirerend over 3D in de industrie

Kan injectorhead Ariane 6 raket 3D geprint worden?

VS: 3D print enabler voor reshoring maakindustrie

Prodways: sleutelrol materialen in doorbraak 3D printen

Ski

lls f or A

M

Generative design zet engineer niet buiten spel


LASERTEC 65 3D Additive Manufacturing Lasercladden en geïntegreerde freesbewerking - Intelligente combinatie uit laseropdrachten en frezen maakt beste oppervlaktes alsmede bouwdeelprecisie mogelijk - Lasercladden met poederstraal: tot 10 × sneller vergeleken met poederbed - Maakbaarheid van complete 3D-bouwdelen tot ø 500 mm ook met overhangende contouren zonder steungeometrie - Directe bewerking van bereiken die aan het einddeel niet meer bereikbaar zijn

De video voor Additive Manufacturing: www.3D.dmgmori.com Indien uw mobiele telefoon over een QR-Code-herkenningssoftware beschikt, gaat u direct naar de video.

www.dmgmori.com

DMG Mori Seiki Benelux bv. Wageningselaan 48 3903 LA Veenendaal 0318 - 557623


Voorwoord

Inhoud

Slim is niet altijd goed

In dit nummer onder andere:

3e JAARGANG EDITIE 2 ● november 2016

4 12 16 18 24 26 32 36 46 48 50

VS: 3D print enabler voor reshoring Coverstory: AM in de concurrentiestrijd voor toegang tot het heelal Fokker / GKN Aerospace maakt tempo met AM Prodways ziet sleutelrol voor materialen Flam3D: krachtenbundeling Vlaamse 3D printindustrie Generative design zet engineer niet buiten spel 3D printen en auto’s: wel of geen kansrijke combinatie? CECIMO: machinebouwers investeren in opleidingen voor AM Hexagon combineert CMM met computertomografie voor procesbewaking in AM Van AddLab naar AddFab in Brainport regio Nieuwe columnist: Rein van der Mast deelt AM-engineering ervaringen

print magazine

Informerend en inspirerend over 3D in de industrie

Omslagfoto Kan injectorhead Ariane 6 raket 3D geprint worden?

VS: 3D print enabler voor reshoring maakindustrie

Prodways: sleutelrol materialen in doorbraak 3D printen

Generative design zet engineer niet buiten spel

Skil

ls fo

r AM

Een aantal van de 3D geprinte injectoren voor de Ariane 3D raket, ontwikkeld en geproduceerd door Airbus Defence & Space in München.

print magazine november 2016

De strategische zet van GE om zowel SLM Solutions als Arcam op te kopen, is een slimme zet. Het industrieel conglomeraat verwacht een brede doorbraak van 3D metaalprinten in de verschillende markten, met name de aerospace industrie. Met de overname verzekert GE zich van zowel technologie alsook capaciteit. Want als 3D metaalprinten industrieel van de grond gaat komen, is het de vraag of de fabrikanten zo snel kunnen opschalen. Wat een slimme zet voor GE is, is niet vanzelfsprekend een goede zet voor de additive manufacturing industrie. Zeker niet voor de Europese. De overname toont pijnlijk aan dat we in Europa goed zijn in technologie-ontwikkeling, maar dat we het nakijken hebben als het om de business gaat. Want na Phenix en Layerwise (beide nu eigendom van 3D Systems) verliest Europa weer twee belangrijke partijen als het om 3D metaalprinten gaat. Toen ik van de zomer een uitgebreid gesprek had met het management van Prodways, vertelde general manager Philippe Laude dat de Franse overheid enkele jaren geleden heeft ingegrepen toen de DLP-technologie in handen van een buitenlandse partij dreigde te komen. De Fransen vonden dat Frankrijk een eigen speler in de markt moest behouden, óók omdat men hierin een kans ziet om een industrieel eco-systeem rond 3D printen op te bouwen. Binnen twee weken was de deal met onder andere Groupe Georgé rond. Na het gesprek kon ik de gedachte aan typisch Frans protectionisme niet onderdrukken. Nu, na het verhaal met GE, denk ik er anders over. Voor de inbedding van 3D printen in de Europese maakindustrie zijn sterke Europese technologieconcerns onontbeerlijk. Terecht werd dit punt onlangs aangehaald op de AMconferentie van CECIMO in Brussel: Europa moet niet alleen de ontwikkeling van de technologie ondersteunen, ook de praktische toepassing ervan in het MKB. Want de Verenigde Staten geven gas als het om 3D printen gaat. En ik ben benieuwd wat er in 2017 uit China komt als een aantal belangrijke patenten rond metaalprinten afloopt. Kortom, 3D printen blijft voorlopig spannend. In alle opzichten.

Franc Coenen

Hoofdredacteur 3D Print magazine Reageren mag via franc.coenen@3dprintmagazine.eu

3


Focus op matrijstechnologie bij Amerikaanse 3D print ontwikkelingen

VS: 3D print enabler voor reshoring

Figure 4 is de digitale spuitgietmachine, zoals bedenker Chuck Hull van 3D Systems het zegt.

Niet alleen de Amerikaanse overheid investeert fors in R&D rond additive manufacturing. De industrie blijft niet achter. De strategisch belangrijke stap van GE om zowel Arcam als SLM Solutions te kopen, is het meest sprekende voorbeeld. Maar ook andere bedrijven geven gas als het om 3D printen gaat.

4

print magazine november 2016


Nadat de Association for Manufacturing Technology (AMT) op enkele edities van de IMTS de nadruk legde op MTConnect, een communicatiestandaard voor CNCmachines, is twee jaar geleden het accent verschoven naar 3D printen. Sindsdien groeit de aandacht voor de nieuwe maaktechnologie sterk. Additive manufacturing, oftewel de in de VS nu breed geaccepteerde term 3D printen; daar draaide het dit jaar om in het Emerging Technology Center op de beursvloer. Waar je op EMO Milano vorig jaar nog de aanbieders in de verschillende hallen moest zoeken, heeft AMT er wel voor gekozen om zoveel mogelijk spelers bijeen te brengen. Niet iedere aanbieder koos hiervoor. Opvallend genoeg gebruikten de traditionele machinebouwers hun eigen stand elders op de beurs voor hun innovaties op 3D print gebied. Maar de nieuwe partijen die met 3D printers als productietechnologie willen doorbreken in de maakindustrie, stonden in het hart van de IMTS.

3D Systems: modulaire printcel

Stratasys en 3D Systems bijvoorbeeld. Maar ook EOS en SLM Solutions. En HP. Stratasys en 3D Systems pakten beide uit met hun visie op hoe je 3D printen van kunststof onderdelen in de productie kunt

Deze zelfrijdende bus van Local Motors, Olli, is grotendeels gemaakt met 3D printtechnologie. Onderdelen voor het chassis zijn direct geprint, terwijl de kunststof beplating gemaakt is met 3D geprinte matrijzen.

integreren. 3D Systems grijpt hiervoor terug op een oud concept uit de patentaanvraag van Chuck Hull. De vierde illustratie in de patentaanvraag, vandaar de naam Figure 4. Het gaat om een modulair opgebouwde cel, waarin 3D Systems voor het eerst de continue printtechnologie (stereolithografie) toepast. Elke laag wordt in één keer volledig belicht, zodat de opbouw van het product sneller verloopt. Een robot pakt de mini-pallet waarop het product wordt geprint vast en brengt het naar een UV-station voor uitharden, een reinigingsunit en uiteindelijk naar een 3D scanner voor de kwaliteitscontrole. “Productiviteit, speed, repeatability en total cost of operations, dat zijn de eisen die klanten stellen, voordat ze real parts gaan 3D printen”, zo vat de nieuwe topman Vyomesh Joshi - VJ - de eisen aan een industrieel 3D printsysteem samen.

De nieuwe 3D printcel die Stratasys samen met Boeing heeft ontwikkeld en waarin verticaal wordt geprint.

print magazine november 2016

Daarnaast moet er een complete workflow beschikbaar komen. Figure 4 is een modulaire robotcel, die snel uitgebreid kan worden. Chuck Hull gebruikt de benaming van “digitale spuitgietmachine”. “We kunnen hiermee miljoenen onderdelen per jaar maken, dezelfde of verschillende.” Hij ziet Figure 4 als een systeem dat de spuitgietmachine kan gaan vervangen. Het printen van een 4 cm hoge vorm (ongeveer 3 cm doorsnede) vergt 10 minuten. Op een pallet passen meerdere producten. 3D Systems werkt momenteel met partners onder andere aan nieuwe materialen, bijvoorbeeld voor verloren wasgieten, hoog temperatuur polymeren en nieuwe elastomeren voor medische en industriële toepassingen.

Stratasys: demonstrators met Boeing en Ford

Stratasys kiest voor een andere benadering. Interessant is de demonstrator die samen met Boeing is ontwikkeld. Hierin wordt het printproces gekanteld: Stratasys 3D print verticaal in een grote, verwarmde kamer. Het voordeel is in eerste instantie dat er eigenlijk geen beperkingen meer zijn aan het formaat van de stukken. Minstens zo belangrijk is dat hierdoor waarschijnlijk de mechanische eigenschappen in de Z-richting verbeteren. Verder onderzoek moet dit nog uitwijzen. Is dat zo, dan is het niet uitgesloten dat Stratasys deze aanpak in meerdere printers gaat toepassen. Boeing heeft in ieder geval de demonstrator gekocht. Een van de mogelijke toepassingen is het 3D printen van kunststof panelen voor in de vliegtuigen. Niet voor de standaard

5


Een nieuw tijdperk van produceren

ens ons tijd Bezoek 2016 YPING T O T O PR 529 Stand

Het nieuwe additive manufacturing systeem van Renishaw voor industriële toepassing, RenAM 500M, dat gebaseerd is op poederbed-smelttechnologie, kenmerkt zich door een hoge mate van automatisering en minimale tussenkomst van mensenhanden. Dit is het eerste systeem dat in-house door Renishaw is ontwikkeld en vervaardigd, waarbij meer dan 40 jaar multi-disciplinaire engineering is toegepast waarin elektrische, mechanische en optische technologieën samengevoegd zijn. Highlights: • Door Renishaw ontworpen en ontwikkeld optisch systeem met 500 W laser • Geautomatiseerde poederzeven en –recirculatie • Gepatenteerd tweeledig SafeChange™ filtersysteem • Renishaw RESOLUTE™ lineaire encoder op Z-as voor precisie en nauwkeurigheid

Voor meer informatie bezoek www.renishaw.com/additive of stuur een email: benelux@renishaw.com

Renishaw Benelux BV Nikkelstraat 3, 4823 AE Breda, Nederland T +31 76 543 11 00 F +31 76 543 11 09 E benelux@renishaw.com

www.renishaw.nl


Boeing 777, wel als een klant iets speciaals wil. Customizing dus! De tweede cel die Stratasys toonde, is ontwikkeld samen met Ford en Siemens voor het 3D printen van composieten. De printkop zit bij deze cel op de robot, het werkstuk op een 5-assige manipulator. Hierdoor is supportstructuur tijdens het 3D printen overbodig, wat in de nabewerking tijd en dus kosten scheelt.

Oak Ridge National Laboratory

Hoe snel ontwikkelingen op het vlak van 3D printen van kunststoffen gaan, laat het Oak Ridge National Laboratory zien. Het 3D printen van grote producten heeft sinds de vorige IMTS in 2014 een vlucht genomen. Toen werd samen met de Cincinnatti BAAM (Big Area AM) de Strati geprint. Nu gaat Oak Ridge samen met machinebouwer Ingersoll een nog grotere machine bouwen: WHAM (wide and high AM). Ingersoll wil een portaalfreesmachine met een bereik van 7 meter breed, 14 meter lang en 3 meter hoog geschikt maken voor het 3D printen van grote matrijzen voor de composietindustrie. Een schroefextruder smelt het kunststof granulaat, zodat het materiaal goedkoop is en de aanvoer geautomatiseerd kan verlopen. Ingersoll en Oak Ridge willen dat de nieuwe 3D printer 450 kilo materiaal per uur kan verwerken. Na het printen wordt de printkop gewisseld voor een freesspindel en wordt de kunststof matrijs meteen nagefreesd en eventueel gepolijst. Want dat is een essentieel

Boeing gaat de nieuwe printcel van Stratasys inzetten voor gepersonaliseerde interieurdelen.

gegeven, hebben de onderzoekers van Oak Ridge National Laboratory samen met de engineers van Cincinnatti ontdekt. Door de geprinte matrijs te polijsten en te voorzien van een speciale coating, kan de standtijd verlengd worden. Momenteel zit men op meer dan 30 composietproducten die met een grote 3D geprinte matrijs gemaakt kunnen worden. Oak Ridge heeft met Cincinnatti een non-exclusive patentovereenkomst getekend over het gebruik van patenten voor het 3D printen van grote objecten. Dit en het nieuwe project met Ingersoll laten zien dat het Amerikaanse onderzoeksinstituut nieuw ontwikkelde technologie zoveel mogelijk beschikbaar wil stellen aan meerdere Amerikaanse machinebouwers. “We denken dat we door de samenwerking met Ingersoll het aantal toepassingen voor AM kunnen vergroten”, aldus Peter Mill van het instituut.

Belang van matrijzenindustrie

Oak Ridge zet sterk in op 3D printen voor matrijstechnologie. Graig Blue, CEO van het Institute for Advanced Composites Manufacturing Innovation, heeft daar een verklaring voor. “We vervangen een gereedschap van tienduizenden dollars dat overzee wordt gemaakt door een 3D geprinte matrijs die we in de VS produceren en die slechts enkele duizenden dollars kost. Matrijstechnologie zit in het hart van een ecosysteem. Als we de matrijsproductie terug kunnen halen, kunnen we meer maakindustrie en banen terug halen.” Een tweede reden is dat het printen van matrijzen voor grote producten, zoals windturbinebladen, ontwikkelcycli enorm verkorten. De doorlooptijd van dergelijke matrijzen bedraagt nu vaak een jaar; dat wil men terugbrengen tot uiteindelijk enkele weken. “We versnellen zo de innovatiecyclus”, zegt Blue. Daarom zet het Amerikaanse onderzoeksinstituut zo sterk in op het ontwikkelen van printtechnologie voor grote matrijzen. Een derde reden moet gezocht worden in de verwachte groei van windenergie. De turbinebladen lopen echter tegen hun grenzen aan wat betreft transport over de weg. De onderzoekers spelen met het idee om de matrijzen lokaal, in het in aanbouw zijnde windturbinepark te gaan printen. Onderdeel van de vele projecten is de ontwikkeling van nieuwe materialen, waaronder polymeren die tegen hoge temperaturen bestand zijn. De speciale coating die onder andere op de Shelby Cobra en Willy Jeep zijn gebruikt, zijn een ander resultaat van de vele onderzoekprojecten.

Deze Willy Jeep is samen met het Amerikaanse leger volledig 3D geprint van carbonvezel versterkte kunststoffen.

print magazine november 2016

7


Oude en nieuwe spelers zoeken elk hun eigen weg naar de productievloer

Veel 3D metaalprinten op IMTS Het ging in Chicago niet alleen om kunststoffen. Sterker nog: veel fabrikanten presenteerden er metaalprinttechnologie. Waar de een, zoals DMG Mori, gelooft in het hybrideconcept vanwege de snelheid, zien andere, EOS en GF Machining Solutions, méér in de integratie van 3D printen in bestaande productielijnen.

Mazak is een voorbeeld van een machinebouwer die gelooft in het hybrideconcept. De Japanse machinebouwer toonde in Chicago het nieuwe 5-assig bewerkingscentrum in een AM uitvoering: VC 500 AM Hybrid. Mazak heeft eerst een Integrex geschikt gemaakt voor 3D metaalprinten, nu dus een 5-assige

machine. Dat maakt nieuwe toepassingen mogelijk. De nieuwe machine kan cilindrische werkstukken tot 50 cm doorsnede aan en 30 cm hoog met een gewicht tot 200 kilogram. De machine kan ook gebruikt worden om op slijtdelen een nieuwe slijtlaag te cladden.

DMG Mori: hybride NLX

Een voorbeeld van een matrijsinsert, gemaakt op de Sodick hybride machine.

8

DMG Mori maakte op de IMTS bekend dat het een NLX Lasertec 4300 draaibank uit het vroegere Mori Seiki huis heeft voorzien van een lasercladkop voor het 3D printen. Greg Hyatt van DMG Mori USA denkt dat de hybride machines een sleutel vormen voor méér productiviteit. “Een voorbeeld zijn giet- en smeedstukken voor de luchtvaartindustrie. We onderzoeken om de basis in een eenvoudige vorm te smeden of te gieten, waarna we de specifieke features 3D printen. Zo bouwen we 90% van het product op de klassieke wijze en hoeven slechts 10% materiaal toe te voegen.” Berekeningen laten zien dat deze werkwijze slechts 1% van de tijd productietijd vergt die het kost om dit soort onderdelen helemaal met additive manufacturing te maken. Juist voor deze lange, smalle producten heeft DMG Mori een NLX 4300 draaicentrum voorzien van een 3D printkop. De machinebouwer heeft hierbij een patent op de aansturing van het optiek. Greg Hyatt: “We kunnen de spotbreedte aanpassen vanuit de besturing.” Daardoor slaagt de machinebouwer erin om de warmte zeer gelijkmatig te verdelen. DMG Mori werkt bovendien aan een systeem om de materialen op de machine te valideren.

print magazine november 2016


EOS toonde op de IMTS de nieuwe M 400-4, de grote metaalprinter met 4 laserbronnen, onder andere gebruikt om de motorfiets van APWorks te printen. De belangrijke vernieuwing in de software komt later als EOS en GF Machining Solutions hun nieuwe softwaretool lanceren.

Mitsui Seiki: doorbraak

Een nieuwe speler in de hybridemarkt is Mitsui Seiki dat de in de VS ontwikkelde en in Japan gebouwde Vertex 55X-H presenteerde. Een 5-assig bewerkingscentrum (trunniontype, net als Mazak) met een geïntegreerde lasercladkop. Mitsui Seiki gebruikt de laserbron van Fanuc. Behalve materiaal opbouwen gebruikt men de laser ook voor het harden van de werkstukken. Er kan gekozen worden tussen een CAT of HSK spindel met toerentallen van 15K tot 30K. Mitsui Seiki laat de gebruiker toe zowel nat als droog te verspanen, afhankelijk van het materiaal. Het werkbereik bedraagt 550 tot 750 mm in de X-as; 600 tot 800 mm in de Y-as en 400 tot 750 mm in de Z-as. De eerste machine is gekocht door GE Pitsburg, waar het R&D centrum voor additive manufacturing zit, zo vertelde vice president Rob Hudson op de beurs. Hij ziet over vijf tot tien jaar het 3D metaalprinten breder doorbreken in de metaalbewerking. De giet- en matrijzenindustrie zullen de eerste sectoren zijn die de overstap maken.

kunststof 3D printers met name voor prototyping. De beide metaalprinters worden ingezet voor zowel prototypes alsook matrijzen voor zowel nulseries als productieseries. “We kunnen nu veel makkelijker iteraties maken in het ontwerpproces.” De vergelijking tussen de hybride machine van Sodick en de stand alone metaalprinter valt tot nog toe in het voordeel van de hybride machine uit. “De werkstukken komen kant en klaar

Sodick: stempel- en matrijzenindustrie

Sodick toonde - op de eigen stand in de Easthall - de hybride AM machine: een poederbed metaalprinter met hoge snelheidsfrees. Sodick USA kiest nadrukkelijk voor de stempelen matrijzenindustrie als belangrijkste doelgroep in de VS. Een van de eerste Amerikaanse klanten is Jeffrey Christian van Phoenix Deventures. De Sodick machine is voor hem de vijfde 3D printer en de tweede metaalmachine. Hij gebruikt de

print magazine november 2016

Mazak slaat met de VC 500 AM Hybrid een nieuwe weg in wat 3D printen betreft: de basis is een 5-assig bewerkingscentrum.

9


van de machine af. We hoeven niet meer na te bewerken. De vonkmachine is praktisch overbodig. Dat scheelt de helft van de doorlooptijd.”

EOS en GF Machining Solutions

Het imago van 3D metaalprinten is nog steeds dure machines en lage productiviteit. EOS denkt dit laatste te kunnen verbeteren met de EOS M 400-4 metaalprinter. De vier laserbronnen en het monitoringsysteem moeten voor meer productiviteit zorgen - lees meer snelheid - en een hogere reproduceerbaarheid. Komende maanden komen de Duitsers met een nieuw softwarepakket, dat de basis vormt voor de inbedding van de metaalprinter in een compleet CNC-gestuurde productiecel, inclusief frees- en vonkmachines, meetmachines en reinigingsstations. Dat is de uitkomst van de samenwerking met GF Machining Solutions, de Zwitserse machinebouwer. “We werken aan een intelligent productiesysteem waarin we meerdere technieken combineren en de robot voor de producthandling zorgt”, aldus Stefan Dahl. Hij is bij GF Machining Solutions verantwoordelijk voor de AM activiteiten. Hij ziet één heel belangrijke reden waarom onder andere de stempel- en matrijzenindustrie naar 3D printen moet gaan. “Toen Nokia nog

dominant was, was de leadtime voor een matrijs drie maanden. Product life cycli zijn vandaag de dag zo kort, dat de leadtime voor een matrijs in Azië is teruggebracht tot vijf of zes dagen. Bovendien verandert de seriegrootte.” Stefan Dahl voorspelt dat de digitaliseringstrend die de muziek en uitgeefindustrie heeft veranderd, zich ook in de maakindustrie gaat afspelen. Democratisering van creativiteit, bestempelt hij deze ontwikkeling. “Iedereen kan iets creëren en het met additive manufacturing maken. We zullen veel toepassingen gaan zien met features die zonder AM niet mogelijk zijn.”

Intelligente software kiest maaktechniek

De software waar beiden aan werken, zal op termijn zo intelligent zijn, dat de software suggesties doet welke onderdelen je beter kunt 3D printen en welke beter conventioneel gemaakt kunnen worden. “De fabriek van de toekomst verandert significant”, voorspelt Adrain Keppler, chief marketing officer bij EOS. “AM kan daar een rol in spelen maar niet alleen omwille van AM. Wij geloven dat AM een belangrijke rol in de set up van productielijnen speelt. Er komen lijnen waarin AM geïntegreerd is in de rest van de productielijnen.” Zo’n 400 engineers van de twee bedrijven werken momenteel aan dit concept. Keppler

High speed printing Een Amerikaanse start up probeert de grote spelers op het vlak van productiviteit de loef af te steken: Vader Systems. Het familiebedrijf heeft in enkele jaren tijd een metaalprinter ontwikkeld die weliswaar heel ruw print, maar wel snel. En met goedkope materialen: MIG lasdraad. Met de 3D magnetojet technologie wordt aluminium lasdraad in een keramische kamer gesmolten. Met elektromagnetische pulsen worden heel kleine druppels gevormd die via een keramische nozzle heel gericht neergeslagen worden. Per seconde print men 1000 druppels. Een aluminium bus van enkele centimeters hoog werd in 120 seconden op de beurs geprint. Die snelheid gaat de komende jaren nog omhoog. Toegegeven: het resultaat is ruw. “Maar het materiaal is dicht. En er is nauwelijks warmte in het product gekomen. Je kunt het direct in water afkoelen en meteen mechanisch bewerken”, aldus Zack Vader, de zoon die met de ontwikkeling van de technologie op zijn 18e is gestart. De start up zoekt voor de eerste drie machines Bètaklanten. Die kunnen rekenen op alle updates tot en met de uiteindelijke productieversie. Die moet eind volgend jaar op de markt komen.

10

Optomec forceert een prijsdoorbraak door een complete hybridemachine voor US$ 250.000 aan te bieden. Ook heeft het de eerste hybridemachine ontwikkeld die geschikt is voor reactieve materialen.

Kuka: robotprintcel

Van een heel ander kaliber is de 3D printcel die Kuka samen met MWES heeft ontwikkeld. In feite is het een 3D laserlascel, waarbij de speciale kop nu 3D opbouwt. De software moet

print magazine november 2016


Mitsui Seiki is een van de nieuwkomers in metaalprinten.

voorspelde bovendien dat de nieuwe M 400-4 nog lang niet de limiet stelt qua printsnelheid. “We denken nog een factor

10 sneller te kunnen worden, zowel in metaal als kunststof.� EOS is overtuigd dat 3D printen van de early adopters naar de

brede groep maakbedrijven gaat, waar de techniek ingepast is in cellen met verschillende productietechnieken.

data rechtstreeks naar de besturing van de Kukarobot. Kuka en MWES zoeken het met de robotprintcel in snelheid en volume.

nog verder ontwikkeld worden voordat de machine in de loop van 2017 op de markt komt. MWES belooft een hoge materiaalefficiency: meer dan 91% van het poeder komt in het werkstuk terecht. Deze werkstukken moeten altijd nabewerkt worden, waarbij de ruwheid dusdanig is dat een adaptief freesproces haast onmisbaar lijkt om deze werkstukken goed en onbemand te kunnen bewerken. De snelheid is hoog: Kuka en MWES willen uiteindelijk naar 1 tot 9 kilo per uur, afhankelijk van de complexiteit en het gekozen materiaal. De zelf ontwikkelde slicesoftware berekent op basis van de lagen het pad voor de robot en stuurt deze

print magazine november 2016

Optomec

Optomec is een andere Amerikaanse speler. De LENS-technologie is ontwikkeld om geĂŻntegreerd te worden in een low cost CNC-machine. Daarmee wil Optomec de printtechnologie bereikbaarder maken. De CNC machine komt van Fryer Machine Systems en is een verticaal freescentrum. Het concept werkt in een open atmosfeer, dus reactieve materialen kunnen niet verwerkt worden. Optomec zegt dat de prijs, US$ 250.000 voor de complete machine, een prijsdoorbraak is. Reactieve materialen kunnen wel verwerkt worden met de Lens 3D Hybrid VMC Inert System. Voor deze machine heeft het bedrijf een afgesloten kamer met gassysteem ontwikkeld dat het bovenste deel van de afsluiting van de CNC-machine

De Vader MK1 print met hoge snelheid aluminium. In de komende jaren komen ook andere materialen beschikbaar.

vervangt. Optomec is de eerste die een hybridesysteem bouwt dat in staat is om het zuurstofgehalte tijdens het 3D printen onder 40 ppm te houden.

11


Kan injectorhead voor Ariane 6 3D geprint worden?

AM in de concurrentiestrijd voor toegang tot het heelal Het wordt dringen bij de toegang tot het heelal. Opkomende landen zoals China maar ook Brazilië werken aan eigen technologie om mee de ruimte in te gaan. Traditionele spelers zoals Europa moeten hun innovatie- en ontwikkelingstempo opvoeren. Digitalisering helpt daarbij. Maar is additive manufacturing voldoende uitgerijpt om ingezet te worden in de ruimtevaarttechnologie?

De tijd dringt, zegt Steffen Beyer, hoofd Production Technology Materials & Processes bij Airbus Defence & Space GmbH in München. In 2020 moet de Ariane 6 raket de eerste testvlucht maken met gekwalificeerde onderdelen. Vanaf 2021 gaat de nieuwe Europese ruimtevaartraket jaarlijks 9 tot 11 vluchten maken. Dan moet de serieproductie op gang zijn gekomen. “Zitten we met onze AM-onderdelen er dan niet bij, dan moeten we twintig jaar wachten”, zegt het hoofd materiaal- en procestechnologie bij het Europese ruimtevaartconcern. Deze

zomer heeft het concern in München een nieuwe aerospace AM-factory in gebruik genomen om samen met partners (onder andere MTU, EOS en Fraunhofer) de processen verder te ontwikkelen, mensen op te leiden en aan materiaalverbeteringen te werken.

Digitalisering en 3D printen

3D metaalprinten kan namelijk een oplossing bieden voor een van de uitdagingen waar de Europese ruimtevaartindustrie

Chinese ervaringen: 3D geprint beter dan gietTijdens het LAM Forum, voorafgaand aan het lasercongres van het Fraunhofer ILT, gaf professor Xin Lin, hoogleraar aan de Northwestern Polytechnical University in X’an en betrokken bij een aantal overheidsprojecten, een aardig inkijkje in de AM-ontwikkelingen bij deze Chinese universiteit. De ruimtevaartindustrie is de primaire industriesector waar de AM-activiteiten in China op gericht zijn.

Professor Xin Lin: LMD technologie het meest geschikt voor de luchtvaartindustrie omdat je daarmee grote componenten kunt maken.

12

Professor Xin Lin verwacht dat LMD (laser metal deposition, 3D cladden) de belangrijkste technologie zal worden voor de luchten ruimtevaartindustrie. Hiermee kunnen namelijk grotere componenten worden gemaakt én de opbouwsnelheid ligt hoger. In China haalt men, aldus Lin, momenteel met een diodelaser tot 4 kilogram titanium per uur. Om het verdelen van het poeder beter te beheersen, hebben de onderzoekers een andere

print magazine november 2016


Deze injectorhead voor de draagmotor van de Ariane is 3D geprint. Normaal vergen de productie en assemblage vele maanden werk, nu is het in vier dagen geprint.

voor staat: versnelling van het ontwikkelingstempo. De sector staat volgens Steffen Beyer op de drempel van een ingrijpende verandering. Er staan namelijk nieuwe spelers klaar

om de ruimte te gaan verkennen met eigen technologie. China voorop, maar ook Brazilië. En in de Verenigde Staten zijn er de eerste commerciële partijen die zich op de ruimtevaart

als aantrekkelijke markt storten. “We worden dus uitgedaagd om de Europese toegang tot het heelal zeker te stellen”, zegt Beyer. Digitalisering en in het kielzog daarvan additive

gietstukken en dikwijls zelfs betere dan smeedstukken. Hij schrijft dit toe aan de kleine smeltpool van de LMD technologie, waardoor het stollen snel verloopt, er fijne microstructuren ontstaan en er geen macrosegregatie optreedt in combinatie met de warmtebehandeling. Bij vliegtuigonderdelen zijn de vermoeiingseigenschappen belangrijk. Ook deze zijn vergelijkbaar met die van gesmede onderdelen. Voor het Chinese C919 passagiersvliegtuig dat in ontwikkeling is, heeft het team van Xin Lin een onderdeel van titanium geprint met een lengte van 3100 mm. De mechanische eigenschappen hiervan

zijn beter dan die van vergelijkbare smeeddelen. In de vermoeiingstest hield het onderdeel het veel langer uit dan smeedstukken. Deze onderdelen werden geprint op de eigen Chinese machines, één voorzien van een 4 kW CO2 laser (1200 bij 1000 bij 1000 mm), de ander met een 8kW CO2 laser (1500 bij 1000 bij 3000 mm). De Chinezen hebben ook al een 3D metaalprinter gebouwd waarin een diodelaser is verwerkt. Daarmee haalt men een opbouwsnelheid van 4 kilogram titanium per uur.

en smeedstukken nozzlegeometrie ontwikkeld. Met een speciaal algoritme optimaliseert men het patroon waarin de poeders gesmolten worden. Om grip te hebben op de stabiliteit van de laagopbouw hebben ze een rekenkundig model ontwikkeld. Xin Lin: “We kunnen een overgang van 25 graden maken en dan in het model berekenen wat de spanningen na het printen zijn en onderzoeken hoe we deze spanningen kunnen verminderen.”

Mechanische eigenschappen

Volgens hem hebben componenten die met LMD-technologie geprint worden betere mechanische eigenschappen dan

print magazine november 2016

13


AM-specialist Airbus: additive manufacturing méér benaderen vanuit de materiaaltechnologie De 3D geprinte onderdelen ingebouwd in de volledige brander voor de raketmotor.

manufacturing zijn daarom belangrijk voor de sector. ESA, de Europese ruimtevaartorganisatie, investeert momenteel fors in het AM-programma, dat volgens Beyer ook kansen biedt aan kleinere toeleveranciers. Bij satellieten gaat het onder andere om steunen die men 3D print vanwege de gewichtsbesparing. Bij de Ariane en Vega-raketten ligt de nadruk op de draagraketmotor: injectoren, verbrandingskamers en speciale vloeistofkleppen.

Geen gelopen race

Overtuigen dat 3D metaalprinten de sector voordelen biedt, is niet nodig. Nog meer dan in de luchtvaartindustrie telt in de ruimtevaart elke gram gewichtsbesparing. Bovendien kunnen er geometrieën mee worden gemaakt die met andere processen niet maakbaar zijn. Functie-integratie is dan ook een van de wegen die de onderzoekers bij Airbus bewandelen. Kortere doorlooptijden zijn een ander belangrijk voordeel, onmisbaar om de wedloop met andere landen op zijn minst bij te houden. De resultaten die het Airbus team boekt, zijn hoopvol. Steffen Beyer: “We halen betere mechanische eigenschappen dan met gieten. Bij bepaalde legeringen zelfs betere eigenschappen dan die van smeeddelen.” Desondanks is het geen gelopen race. In zijn presentatie op het AKL 2016 in Aken plaatste Steffen Beyer enkele kritische kanttekeningen.

Benader AM vanuit de materiaalkant

Zo verbaast het hem dat 3D printen vooral vanuit de proceskant benaderd wordt en te weinig vanuit de materiaaltechnologie. Hij noemt het fout dat de materiaalkennis op veel plaatsen niet beschikbaar is. “Hebben de klassieke tijd-temperatuur transformatie diagrammen nog wel een betekenis omdat we in het laserproces zo snel afkoelen”, vraagt Beyer zich af. “Welk effect heeft dit op de chemische resistentie van de materialen?” Hij denkt dat de mogelijkheden van additive manufacturing pas ten volle benut kunnen worden, zodra je het thema mede vanuit de materialen gaat benaderen. Materiaaltechnologie is in de nieuwe aerospace factory in München dan ook een van de zwaartepunten. Warmtebehandeling en postprocessing zijn twee andere onderwerpen die meer aandacht verdienen. En dat brengt Steffen Beyer op een ander punt: het belang van een goede beheersing van alle aspecten uit de AM-waardeketen. “Alleen degene die de totale waardeketen goed beheerst, zal 3D printen echt beheersen.” Aan onderdelen zoals materiaalselectie, design optimalisatie, proces engineering (denk aan de oriëntatie op de bouwplaat), monitoring en postprocessing valt nog veel te verbeteren.

Enkele maanden of vier dagen

Heb je grip op al deze aspecten, dan biedt additive manufacturing beslist kansen in de ruimtevaart. Airbus Defence & Space werkt bijvoorbeeld aan de injectorhead voor de Ariane 6. Dit is een zogenaamd klasse 1 onderdeel: als dat stuk gaat, is de hele missie mislukt. De inspuitkop bestaat uit 122 elementen. Opgebouwd uit 248 onderdelen met 800.000 boringen die nu manueel wordt geassembleerd. “Wij printen de 248 onderdelen met de 800.000 boringen in één keer in vier dagen tijd. Normaal kost de productie van zo’n kop maanden”, verduidelijkt Steffen Beyer. Als dit gevalideerd kan worden, zet de Europese ruimtevaartindustrie echt een flinke stap vooruit. Zo niet: tegen 2040 is er een herkansing. www.ilt.fraunhofer.de

Steffen Beyer, hoofd Production Technology Materials & Processes bij Airbus Defence & Space GmbH in München.

14

print magazine november 2016


Phil Reeves geeft in Amsterdam les in implementatie 3D printen

Businessdrivers vertrekpunt voor succesvol 3D printen Maak je niet gek om de 3D printtechnologie; waar het echt om gaat, zijn de businessdrivers. Wie wil instappen, moet eerst vanuit de toepassing leren denken. En daarna zijn de materialen aan de beurt, de levensader van deze industrie, aldus Phil Reeves van Stratasys Strategic Consulting. Phil Reeves, meer dan twee decennia actief in de 3D print industrie en tegenwoordig vice president Stratasys Strategic Consulting, gaf onlangs een workshop voor de Amsterdamse meetup 3Dutch. Als consultant merkt hij dat veel bedrijven de technologie willen gebruiken, maar niet snappen hoe. En dan kijken ze vooral naar de technologie. Fout. “Denk na over hoe 3D printen je businessmodel kan veranderen”, schetst hij de eerste stap. Kun je met 3D printen je verdienmodel veranderen? Kun je ketens inkorten of efficiënter maken? Als je de businessdriver hebt ontdekt, kies je de materialen en dan pas de printtechnologie. Die kun je dan eerlijk benchmarken met de bestaande technieken. Dat maakt in één oogopslag duidelijk of 3D printen waarde toevoegt aan de keten. Dat menige sector

komende jaren additive manufacturing als maaktechnologie gaat inzetten, lijdt geen twijfel. 3D printen past namelijk precies in de connected samenleving die zich ontvouwt. “We maken de dingen die de mensen willen en niet meer om voorraden te hebben”, zegt Reeves.

En wat ga je 3D printen?

3Dutch, de Amsterdamse meetup rond 3D printen, had voor de meetup één vraag centraal gesteld: wanneer gaan we functionele delen voor in de eindtoepassing 3D printen? Een eenduidig antwoord kwam er niet. Wat is een eindtoepassing? Is dat het fysieke eindproduct voor de consument? Of is tooling ook een eindproduct? Beide, voor de Stratasys consultant. “Wie is de eindgebruiker? De gereedschapmaker? Real parts ontstaan er zodra je vanuit

De Stratasys Strategic Consulting vice president Phil Reeves tijdens de meetup 3Dutch in Amsterdam.

de toepassing gaat denken.” Phil Reeves gelooft niet in 3D printen van spare parts. “De meeste businesscases mislukken vanwege de techniek, de economische waarde en de snelheid.” Design, complexiteit, personalisatie: dat zijn in zijn ogen krachtigere drivers om een succesvol 3D print businessmodel op te ontwikkelen. Hij is wat dat betreft heel positief over 3D printen in de automobielindustrie met name als de autonoom rijdende auto doorbreekt. “Dan kunnen auto’s veel lichter worden geconstrueerd omdat we geen botsingen meer kennen. Dan kan veel staal weggelaten worden.” Dat gaat kansen scheppen voor 3D printen. Life cycle sustainability is een andere driver, denkt Phil Reeves. En in de retail ziet hij 3D printen vooral als een middel om de supply chain te verkorten en de hele keten te stroomlijnen. Misschien demand pull als businessmodel? Een voorraadloze waardeketen? http://www.meetup.com/Community-forDutch-3D-Printing-startups-and-Designers/

print magazine november 2016

15


Luchtvaartindustrie maakt tempo met AM Complete vliegtuigvleugels zullen nog niet zo snel 3D geprint worden. Maar Marko Bosman, manufacturing technology manager bij Fokker (een business unit van GKN Aerospace) ziet wel dat het 3D printen van niet-kritische vliegtuigonderdelen met één voet al op de productievloer staat. En voor alle criticasters: hij vindt dat het valideren en certificeren van processen en materialen momenteel met additive manufacturing sneller gaat dan destijds bij de introductie van composieten.

GKN, dat in 2015 Fokker overnam, is al sinds 2005 bezig met additive manufacturing, zowel in metaal als kunststof. Toen is GKN Zweden hiermee gestart; sinds 2011 staan er in de Britse vestiging poederbedmachines en ondertussen beschikt GKN over veel kennis met betrekking tot poeders en poederhandling. Het tempo waarin vandaag de dag gewerkt wordt aan standaardisatie en certificering, ligt hoog, vindt de technologiemanager. Sommigen zien hierin nog een van de manco’s van additive manufacturing, Marko Bosman kan zich niet herinneren dat het ooit zo snel werd opgepakt bij de introductie van een nieuw materiaal. Toen de luchtvaartindustrie met composieten ging werken, duurde het langer. Marko Bosman tijdens zijn presentatie op Additive Manufacturing Europe in de Amsterdamse RAI.

Structuurdelen printen

Bij Fokker in Papendrecht ligt de focus op het additief vervaardigen

GKN: breed scala aan AM-technieken GKN heeft eigenlijk alle belangrijke AM-technieken in huis. Zelf deelt het concern deze in drie groepen in: deposition, poederbed en polymeer. De kunststof technologie (zowel FDM als selective laser melting) wordt vooral gebruikt voor het maken van tooling, prototyping en ook voor serieproductie. Wat metaal betreft onderscheidt GKN de poederbedtechnologie en depositiontechnieken. Bij poederbed gebruikt men zowel laser- als elektronenstraal als energiebron. Deze laatste techniek wordt gebruikt om kleine tot middelgrote series prismatische

16

delen van Ti64-V te printen. Met de poederbedmachines verwerkt GKN zowel titanium als nikkellegeringen als staal. Hier gaat het om complexe hoogwaardige delen. De depositiontechnieken worden nog eens verdeeld in zowel large scale als fine scale. Fine scale wordt zowel met poeder als met draad gerealiseerd. Denk vooral aan middelgrote onderdelen. Deze techniek kan ook ingezet worden om bepaalde complexe features op bestaande producten aan te brengen. Marko Bosman: “We gebruiken dan gietstukken, die goedkoper zijn, en brengen daar specifieke details op aan.” Large scale betekent voor GKN dat met het smelten van draad producten worden opgebouwd.

GKN heeft ook een automobieldivisie die druk doende is met additive manufacturing. Hier een voorbeeld. Rechts het originele freesdeel, links het geoptimaliseerde 3D printdeel dat minder weegt.

Hiermee bouwt men grote structuurdelen voor vliegtuigen, als vervanging van smeeddelen. “Daarmee besparen we veel materiaal”, aldus Marko Bosman. De horde die seriematige toepassing in de weg staat, is het controleren van de mechanische eigenschappen van de onderdelen.

print magazine november 2016


Marko Bosman (Fokker): tempo certificering AM ligt hoger dan destijds bij composieten

van structuurdelen voor vliegtuigen. Het gaat dan niet alleen om materiaalbesparing door het verspanen te vervangen door 3D metaalprinten. Marko Bosman: “Het gaat erom dat je de mindset verandert. Met additive manufacturing krijg je grip op de mechanische eigenschappen terwijl je print. Je bent niet meer afhankelijk van de materiaalleverancier voor de eigenschappen.” Hierin zit zowel de grootste kans als de grootste valkuil. Goede kennis van materialen en metallurgie zijn onmisbaar. “Dan kun je geweldige dingen maken.” Ontbreekt die kennis, dan is de

Dat is met de huidige technologie- en proceskennis nog lastig. De grootste AMvestiging binnen GKN staat in Bristol, waar tien verschillende 3D printers staan, waaronder een productiecel voor serieproductie van titanium onderdelen.

Effect op de verspaning

Zal de verspaning last krijgen van het metaalprinten? Marko Bosman merkt op dat frezen noodzakelijk blijft. Het werk van de verspaner wordt uitdagender en geavanceerder, met name omwille van de opspanningen die veranderen. Bosman gelooft dat 3D metaalprinten onderdeel wordt van de dagelijkse business in een verspanend bedrijf.

print magazine november 2016

GKN Aerospace werkt in Bristol onder andere met de EBM technologie van Arcam (foto GKN Aerospace).

downturn dat er schroot uit de AM-machine komt. Fokker werkt op dit moment aan de certificering van niet-kritische onderdelen voor vliegtuigen. Het lastige in deze fase is, aldus Bosman, dat het eindresultaat afhangt van de driehoek proces, product en materiaal. “Om in de AM business te gaan moet je het proces, het materiaal en het product goed begrijpen. Dat maakt certificering lastig omdat je parallel aan alle drie deze aspecten moet werken.”

Performance verbetering is de derde pilaar onder AM, door topology optimalisatie en meer functionele materialen. GKN ziet niet alleen de luchtvaartindustrie als een markt waar AM toegepast gaat worden, ook andere industriesectoren zullen volgen, zoals de automobielindustrie. Daarom is men momenteel druk bezig wereldwijd centres of excellence voor additive manufacturing op te zetten.

Minder materiaalverspilling

De voordelen die de vliegtuigtoeleverancier in additive manufacturing ziet, is eveneens reductie van doorlooptijd. “Met additive manufacturing kunnen we directer produceren. We kunnen ook meer ontwerpiteraties doen om tot een beter product te komen.” Daarnaast spelen kosten een rol, aldus Bosman. Met name bij de verspaning van titanium onderdelen wordt veel materiaal verspild, omdat dikwijls tot wel 90% en meer van het uitgangsmateriaal verspaand wordt. Functie-integratie waardoor minder assemblage nodig is, kan eveneens tot kostenreducties leiden.

Enkele producten die GKN Aerospace heeft gemaakt met 3D metaalprinten (foto: GKN Aerospace).

17


Printerfabrikant Prodways ontpopt zich tot systeemleverancier in groeiende 3D printindustrie

Materialen hebben sleutelrol in doorbraak 3D printen 3D printerfabrikant Prodways investeert niet alleen in ontwikkeling van hardware, maar pakt in hoog tempo eveneens de materiaalontwikkeling op. “De doorbraak van 3D printen kan alleen komen uit de combinatie van printtechnologie, materialen en kennis van de toepassing”, zegt Philippe Laude, general manager van Prodways. Hij vindt dat op het vlak van materiaalontwikkeling de grote spelers in deze sector de innovatie eerder hebben afgeremd dan gestimuleerd.

Het Prodways hoofdkantoor, even buiten Parijs, kenmerkt zich door de glazen wanden aan de gangkant. Een bewuste keuze. Openheid is het sleutelwoord in de strategie. “Wij geloven niet dat iemand de beste in alles kan zijn”, zegt Philippe Laude. Daarom zoekt het bedrijf actief partners op. Deze strategie hanteert het management zowel richting hardware (samenwerking met Farsoon), de materialen (onder andere BASF en DSM Somos) alsook richting de afzetmarkten. Dat

brengt Philippe Laude op het tweede kernpunt uit de visie van Prodways: het succes van 3D printen wordt bepaald door de combinatie van printtechnologie, materialen én diepgaande kennis van de toepassing.

Snelle groei dankzij overnames

Mede door een kapitaalsinjectie van 25 miljoen euro door Groupe Gorgé en Fimalac groeit Prodways snel. Die groei startte

Prodways ziet onder andere in de spuitgietindustrie de interesse voor DLP printtechnologie, met name voor kleine series en de laatste testseries in productontwikkeling. Hoewel de standtijd beperkt is, afhankelijk van design en materiaal, kun je eenvoudig in één productierun meerdere matrijzen printen en hiermee toch duizenden spuitgietproducten produceren.

18

print magazine november 2016


in 2014 met de overname van Deltamed, een Duitse ontwikkelaar van harsen voor 3D printen. Deltamed is sterk in R&D, heeft een focus op de biomedische industrie en is volgens Philippe Laude goed in het certificeren van materialen voor uiteenlopende toepassingen. Het bijzondere is dat Deltamed óók materialen ontwikkelt en produceert voor concurrenten van Prodways. “Ze zijn geen enkele klant kwijt geraakt na de overname.” Dat zegt volgens hem iets over de kracht van de Duitse materiaalfabrikant. Eind 2015 heeft men in Frankrijk een tweede materiaalbedrijf gekocht: Exceltec, fabrikant van poeders voor lasersinteren. Ook Exceltec blijft voor derden werken.

Waardecreatie verschuift naar services

In 2015 heeft Prodways nog méér overnames gedaan: het Britse Norge, een start up die bezig was met lasersinter technologie, en Initial, een Frans 3D additive manufacturing servicebureau met 20 jaar ervaring, twintig 3D printers voor kunststoffen (150.000 producten per jaar) en tien voor metaal (5.000 producten per jaar). Het team van Norge is sinds de acquisitie verantwoordelijk geweest voor de ontwikkeling van de ProMaker P1000, een lasersinteringprinter die is aangekondigd en die minder dan 100k Euro zal gaan kosten. De overname van Initial heeft meerdere

print magazine november 2016

Sterke 3D geprinte kunststof zal in vliegtuigindustrie titanium en aluminium onderdelen vervangen redenen. Een hiervan is dat Philippe Laude verwacht dat op lange termijn de waardecreatie in deze sector zal opschuiven richting services. De tweede is dat Prodways via Initial een directe lijn heeft naar de inzet van additive manufacturing als productietechniek. Philippe Laude: “Zodra bedrijven 3D printen als productietechnologie inzetten, stellen ze andere eisen aan de hardware, software en ondersteuning. Via Initial hebben we directe toegang tot eindklanten die in deze transitie zitten. Het levert kennis van markten en applicaties op, waardoor we diepgaand inzicht krijgen in de verwachtingen van klanten.” Dat rechtvaardigt de stap om als printerfabrikant een toeleverancier te kopen. Kennis van de toepassing is immers één van de drie sleutelfactoren.

Markt voor een entrylevel machine als ProMaker P1000

Naast deze overnames heeft het Franse concern samenwerkingsovereenkomsten afgesloten, zoals met DSM Somos, BASF, het CEA, Dreve en het Chinese Hunan Farsoon. De samenwerking tussen het

Franse en Chinese bedrijf, waarvan de respectievelijke oprichters ooit collega’s van elkaar waren, is diepgaand. “We zijn méér dan een reseller voor Farsoon”, beklemtoont Philippe Laude. “Farsoon is net als Prodways een R&D organisatie. Samen zijn we de sterkste R&D organisatie in lasersinteringprinten.” De eerste Prodways powered by Farsoon printers, de ProMaker P2000 en P4000, bevatten een groot aandeel Chinese technologie; de volgende generatie zal veel meer gebaseerd zijn op gezamenlijke kennis. Maar als de samenwerking met de Chinezen zo diepgaand is, waarom heeft Prodways dan het Britse Norge gekocht? Ook hier zit een duidelijke strategie achter. Bij Prodways heeft men een rotsvast vertrouwen in de toekomst van de professionele 3D printmarkt. “Maar wij geloven ook dat er een markt bestaat voor een entrylevel lasersintering-printer. Bedrijven die nog niet de productiviteit van de duurdere systemen nodig hebben. Of bedrijven in opkomende economieën, die geen honderdduizenden euro’s kunnen investeren.” Voor die groep

19


Voor meer info: E: verkoop@lubribond.nl T: 0182 760 080

Impregneervloeistof voor 3D modellen ● Speciaal ontwikkeld voor poeder-geprinte modellen ● Model wordt veel sterker ● Geurarm ● Geen witte neerslag ● Zeer goed penetrerend ● Kleur van het model wordt dieper ● Snel uithardend ● Goede combinatie met geprinte modellen van Z Corp en ProJet printers ● Ook voor het coaten van SLS geprinte modellen

Fastcure wordt geleverd door Lubribond Benelux


heeft Prodways de ProMaker P1000 ontwikkeld. De overname van Norge heeft dat versneld. Een entrylevel betekent overigens geen uitgeklede machine. “De technologie van de ProMaker P1000 is net zo goed, maar de productiviteit ligt op een ander niveau dan bij de Farsoon machines”, zegt Arnaud Guédou, business development director.

Vliegtuigindustrie als eerste

Dat Prodways zo snel groeit door overnames en samenwerking heeft niet alleen te maken met de ambities van het moederconcern: bij de beste behoren in elk segment. Tempo is ook geboden omdat zowel de aerospace, de medische industrie als de fabrikanten van luxe producten op het punt staan om 3D printen naar de productie te brengen. Arnaud Guédou ziet de vliegtuigindustrie als eerste overstappen omdat deze sector de meerwaarde van 3D printen ziet. “Als we nu niet zouden instappen, zitten we er niet meer bij.” Materialen zijn de cruciale factor in deze fase. Prodways legt wat dat betreft de nadruk op betere mechanische, chemische en thermische eigenschappen. Exceltec beschikt bijvoorbeeld over een composietpoeder, gevuld met glas en aluminium voor een hogere stijfheid en thermische belasting, onder andere voor toepassingen onder de motorkap van auto’s. Een andere ontwikkeling gebeurt samen met een luchtvaartconcern en moet een kunststof opleveren waarmee titanium en aluminium delen vervangen kunnen worden. Met dit nieuwe materiaal gaan 3D geprinte kunststof onderdelen de huidige titanium en aluminium onderdelen vervangen. Net zo sterk, veel lichter. Arnaud Guédou: “Het vervangen van metalen producten door kunststof varianten heeft meer zin qua gewicht- en brandstofbesparing dan de nozzle van GE.” Zodra de safety en levensduur van deze materialen gecertificeerd zijn, zullen dit soort toepassingen gaan doorbreken. Dit soort innovaties gaan de grenzen van 3D printen verleggen. “De doorbraak van 3D printen komt van de materiaalkant.”

print magazine november 2016

Philippe Laude (links) en Arnaud Guédou: “Europa heeft veel geïnvesteerd in ontwikkeling van de technologie, nu hebben we vooral competentiecentra nodig, waar applicaties worden ontwikkeld.”

Innovatie afgeremd

CADCAM markt, zit op een steenworp afstand. Arnaud Guédou geeft toe dat designsoftware een wezenlijke rol speelt, want met design kun je functionaliteiten integreren. “In de optimalisatie van CAD en de 3D printer kan nog veel gebeuren. Maar we kunnen niet overal tegelijk zijn. CADCAM is een thema, maar heeft voor ons geen prioriteit.” De prioriteit ligt bij de transitie van 3D printen van prototyping naar serieproductie. Met de open strategie - naar partners zowel als in de machine - wil Prodways deze transitie en innovatie versnellen. Binnen drie tot vijf jaar moet het bedrijf een van de grootste multi-technology spelers in deze markt zijn. Zelfstandige spelers, want het veld gaat veranderen, verwacht Philippe Laude. “De komst van HP verandert het speelveld. Wat als Canon ook nog komt? Dan komt er ongetwijfeld een consolidatie in de 3D printindustrie. Daarom focussen wij nu sterk op R&D en innovatie, want Prodways wil geen leverancier zijn van nicheproducten.”

Positie bij de top 3

www.prodways.com www.nextstep3d.com (vertegenwoordiging Prodways in de Benelux)

Dat de materiaalontwikkeling nu pas op gang komt, heeft alles te maken met de manier waarop de grote spelers in de 3D print industrie jarenlang innovatie hebben afgeremd. Arnaud Guédou: “Sinds 20 jaar print men PA12, terwijl de industrie echt een ander materiaal wil. Innovatie komt uit machines én materialen, dat laatste heeft de markt tot nog toe geblokkeerd.” Daarom pakt Prodways die rol op zich. Iedereen heeft de mond vol over de transitie van 3D printen naar manufacturing, maar daarvoor zijn betere materalen nodig. Als de printerfabrikanten dit niet oppakken, komt de transitie niet van de grond. De chemische industrie is namelijk niet ingesteld op het leveren van kleinere volumes aan eindgebruikers inclusief de noodzakelijke ondersteuning. Samen met BASF heeft Prodways daarom bijvoorbeeld PA6 ontwikkeld voor de 3D printer. Exceltec ontwikkelt met partners nog andere materialen.

Prodways positioneert zich zo als een systeemleverancier, die naast de hardware ook de materialen en de kennis levert. Ontbreekt de softwarekant niet in dit aanbod? Dassault Systèmes, een van ’s werelds grootste spelers in de

21


Porositeit geeft engineer invloed op sterkte 3D geprint titanium cube

truncated cube

diamond

truncated cuboctahedron

rhombic dodecahedron

rhombic cuboctahedron

De sterkte van een 3D geprint titanium implantaat hangt mede af van hoe je de porositeit vorm geeft: met welk type eenheidcel? Daarnaast speelt de warmtebehandeling een rol. Door met deze factoren te spelen, komt 3D geprint titanium in een heel ander toepassingsgebied dan waarin het puur vanwege de materiaaleigenschappen in eerste instantie wordt ingezet.

De verschillende vormen van porositeit.

Succesvolle 3D printtoepassingen hebben altijd iets extra's. Bij medische implantaten is dat dikwijls de porositeit: deze zorgt ervoor dat het menselijk bot gemakkelijk kan ingroeien en levert hierdoor uiteindelijk een implantaat op dat langer meegaat. Om eenvoudig uit te leggen waarom een poreuze structuur de medische implantaten sterker maakt, grijpt Ruben

Wauthle altijd terug op de Eiffeltoren als voorbeeld. De business development manager bij FMI Instrumed wijst erop dat de Parijse toren ondanks dat deze van staal is gebouwd, bovenin beweegt doordat er een soort vakwerkstructuur is gebruikt in het ontwerp. "De open structuur van de Eiffeltoren is juist heel sterk en flexibel tegelijkertijd. Die sterkte en flexibiliteit willen

3D print seminar van Landré Landré, in de Benelux leverancier van Concept Laser, heeft dit jaar het 3D printseminar georganiseerd bij FMI Instrumed. Deze Nederlandse toeleverancier gaat vanaf het najaar seriematig rugimplantaten en andere orthopedische implantaten 3D printen. Ruben Wauthle is aangetrokken om deze nieuwe afdeling op te zetten. Hij heeft acht jaar ervaring met additive manufacturing met metaal, onder andere bij het vroegere Layerwise (tegenwoordig onderdeel van 3D Systems). Hij heeft voor zijn doctoraatscriptie aan de KU Leuven onderzoek gedaan naar de eigenschappen van poreuze titanium implantaten en hoe je die het beste realiseert met additive manufacturing. FMI Instrumed gaat voor meerdere klanten uit de medische industrie seriematig implantaten 3D printen. Dat zullen standaard implantaten zijn. Ruben Wauthle ziet mass customization nog niet zo snel gebeuren. Daarvoor zijn de kosten bij grote aantallen nog te hoog. "Een standaard heupimplantaat kost 3.000 euro, een patiënt-specifiek 15 tot 20.000. Die terugbetaling zit nog niet in het systeem."

22

Het team van FMI Instrumed en Landré dat de bijeenkomst organiseerde.

print magazine november 2016


Porous Ti6Al4V

Porous Ti6Al4V

Porous Tantalum

Porous Metals and alloys

Porous Tantalum Porous CP Titanium

Porous CP Titanium

Porous Metals and alloys

Deze grafiek geeft weer hoe het toepassingsgebied van titanium printen uitgebreid kan worden door met porositeit te spelen. (Afbeeldingen uit de doctoraatscriptie van Ruben Wauthle: “Industrialization of Selective Laser Melting of Porous Titanium and Tantalum Implants, PhD Manuscript, Ruben Wauthle, KU Leuven, November 2014”

Kan titanium in 3D geprinte toepassing goedkoper zijn dan polymeren?

gebruikt moet worden om poriën die ontstaan tijdens een slechte print in een poederbedmachine te verdichten. "Lasersmelten gebeurt onder argon. Als je dus poriën hebt, druk je het argon hierin samen." De gevraagde open porositeit ligt bij medische stukken doorgaans tussen de 60 tot 90 procent. Is de porositeit lager, dan wordt het materiaal te sterk en gaat het bot dit afstoten; wil je hoger, dan loop je al snel tegen de grenzen van de resolutie van de meeste 3D metaalprinters aan.

Vervanging voor polymeer?

we ook in de implantaten terugzien." Zeker in de rugimplantaten, waarmee de wervels van patiënten worden vastgezet, het product waar de 3D printafdeling van FMI Instrumed zich onder meer op richt.

Celstructuur van grote invloed

Precies dit is de reden waarom de medische industrie momenteel zoveel interesse heeft voor 3D printen. De poreuze structuur van een metalen implantaat zorgt ervoor dat het eigen botweefsel van de patiënt gemakkelijker en sneller ingroeit, waardoor de sterkte van het ingegroeide bot toeneemt. "De open structuur maakt het titanium uiteindelijk even sterk als het bot zelf, waardoor het bot gestimuleerd wordt om er in te groeien", zegt Ruben. Zo'n poreuze structuur wordt met 3D printen in een keer gemaakt; met conventionele technieken, zoals plasmaspray, zijn er meerdere bewerkingsstappen nodig en kan de structuur niet zo goed gecontroleerd worden als met 3D metaalprinten. In het design kun je veel invloed uitoefenen op de uiteindelijke eigenschappen van het additief vervaardigde werkstuk. Voor zijn doctoraatstudie aan de KU Leuven heeft Ruben Wauthle destijds verschillende poreuze structuren die gebruikt worden voor het opbouwen van porositeit vergeleken met elkaar. Dit gaf significante verschillen in sterkte als resultaat. Dat is

print magazine november 2016

een interessant gegeven voor designers: de sterkte van het 3D geprint werkstuk hangt dus niet alleen af van de densiteit waarmee geprint wordt. Bij dynamische belasting is de invloed van de structuur van de eenheidscel nog groter dan bij statische belastingen. Ruben Wauthle: "De keuze voor een bepaald type eenheidscel heeft een giga grote invloed op de levensduur van het implantaat. Bij dezelfde densiteit zie je dat de keuze voor een bepaald type eenheidscel voor een verschil in levensduur en mechanisch gedrag zorgt."

Andere factoren

Daarmee is slechts een designaspect belicht. De oriëntatie tijdens het printen is, net als bij andere AM-geproduceerde delen, eveneens van invloed. Het werkstuk tijdens het printen 45 graden draaien kan tot 35% minder sterkte opleveren. Wat ook invloed heeft op de mechanische eigenschappen, is de thermische nabehandeling. Een HIPbehandeling (Hot Isostatic Pressure) levert een meer ductiele structuur op met beduidend andere mechanische eigenschappen. Ruben Wauthle: "Pas je een warmtebehandeling toe in een niet inerte omgeving, dan breekt het stuk snel af. Enkel warmte leidt tot meer brosse eigenschappen door de opname van zuurstof in het titanium." Hij waarschuwt er wel voor dat HIP niet

Voor medische toepassingen zijn deze aspecten belangrijk. Ruben Wauthle gelooft echter dat het ook factoren zijn waarmee je in andere toepassingen kunt spelen om tot betere eigenschappen van 3D geprinte onderdelen te komen. Sterker nog: hij denkt dat titanium wel eens een veel breder toepassingsgebied zou kunnen krijgen dan nu in de materiaaldiagrammen wordt aangegeven. "Met de poreuze structuur kun je een ander gedrag bewerkstellingen en krijg je andere materiaaleigenschappen." Hij sluit zelfs niet uit dat titanium door het in een AM-proces in te zetten misschien wel eens polymeren of schuimmaterialen kan vervangen. "Titanium is weliswaar duurder dan polymeren, maar je gaat veel minder titanium nodig hebben." De typische eigenschap van additive manufacturing dat de hoeveelheid materiaal direct van invloed is op de kostprijs, speelt de techniek dan in de kaart. "Het zou een interessante case zijn om deze materialen te vergelijken. Ik denk dat er zeker toepassingen zijn waarbij titanium voordeliger is." www.fmi-nl

23


Stormachtige groei van één jaar oude Vlaamse branchevereniging

Flam3D: krachtenbundeling Vlaamse 3D printindustrie In een jaar tijd is Flam3D uitgegroeid tot een Vlaamse brancheorganisatie met meer dan 70 leden uit de 3D printindustrie. Dat zijn er meer dan de initiatiefnemers hadden verwacht. Is 3D printen zo hot in België? Of beseffen de bedrijven dat samenwerking de nog jonge industrietak sneller vooruit brengt?

Afgelopen zomer heeft Flam3D internationaal aandacht weten te trekken met de 王-bike. Een racefiets samengesteld uit 3D geprinte onderdelen. Een betere symboliek had de Vlaamse branchevereniging niet kunnen kiezen. Toch is het eigenlijk een non-bike, lacht Kris Binon, manager van Flam3D. De fiets is slechts de drager van de boodschap. “We dragen met de fiets ideeën aan

Het tandwiel werd geprint met silicon carbide.

omdat we merken dat de markt blijkbaar nog niet klaar is voor 3D printen. De één vindt het te duur, de ander weet het nog niet.” In plaats van de eigen markt af te schermen, zetten de Vlaamse bedrijven samen de schouders eronder om de potenties van de technologie te tonen. Kris: “Daar gaat de fiets over.”

Serieus gaan nadenken

Dat is precies wat Flam3D beoogt: duidelijk maken dat 3D printtechnologie al zinvol kan zijn, maar tegelijk de discussie aanzwengelen over de kostprijs en wat nog niet kan. “Er bestaat echt nog veel onbekendheid over 3D printen”, merkt Kris Binon. “3D printen komt telkens in de krant met een sexy toepassing, maar dat geeft geen goed beeld van wat mogelijk is. Men schrijft niet wat het kost en wat het oplevert. Daar is werk aan de winkel.” Dat kunnen de 3D printbedrijven beter gezamenlijk aanpakken dan ieder voor zich. Want er is méér nodig om de potentiële toepassingen zodanig voor het voetlicht te brengen dat bedrijven er serieus over gaan nadenken. “Wij willen nog meer inzetten op de mogelijkheden die er al zijn, zoals we met de fiets laten zien. Bijvoorbeeld het flexibele materiaal van het zadel, of de 3D geprinte lenzen van het voor- en achterlicht. Of het gebruik van silicon carbide, waarmee een tandwiel werd geprint.” Er worden al plannen gesmeed voor

Verbreding van 3D print ecosysteem Met de ruim 70 leden dekt Flam3D op dit moment zo’n 80 procent van de Vlaamse 3D printmarkt af. Daarom wordt al voorzichtig gekeken naar een verbreding van het ecosysteem. Want tot nog toe zijn de leden vooral bedrijven en onderzoeksinstellingen die zelf actief zijn met 3D printen. “Chemie als materialenproducent maakt echter net zo goed deel uit van ons ecosysteem. Zij hebben ons nodig, wij hen.” Uiteindelijk hoeft het netwerk zelfs niet beperkt te blijven tot Vlaanderen. Weliswaar zijn in België de meeste 3D printbedrijven

24

in Vlaanderen te vinden, veel toepassingen zijn er juist aan de Waalse kant met onder andere een sterke luchtvaartindustrie. Daar zitten cruciale toepassingen. “Voorwaarde blijft wel dat er een connectie is naar toegevoegde waarde voor de 3D printwereld in Vlaanderen.” Renishaw is onlangs het eerste buitenlandse lid geworden. Voor het geld hoeft men het niet te laten: 100 euro per jaar voor starters tot 2500 euro voor de grote bedrijven. “Die bijdrage krijgen bedrijven echt wel terug”, zegt Kris Binon. “Wij durven de return on investment te beloven.”

print magazine november 2016


een vervolgproject, met meer complexe componenten. Of een medische demonstrator. “We gaan samen op zoek naar toegevoegde waarde en hopen dat er vermarktbare ideeën uit komen.”

Aandacht voor het onderwijs

Flam3D zet zich breder in dan alleen de potenties tonen. Er is eveneens een werkgroep bezig met onderwijs. De eerste stap is een website ontwikkelen met goede onafhankelijke informatie waar docenten op terug kunnen vallen. De tweede stap is een overzicht van welke 3D printers staan er in de Vlaamse fablabs, zodat docenten daar kunnen gaan kijken. Kris Binon: “Veel informatie je die online vindt, is geschreven vanuit een merk. Wij schrijven met 12 bedrijven onafhankelijke informatie; over printers, over filament, over veiligheid. Teksten laten we peer reviewen door collega’s waar zeker één concurrent bij zit.”

Internationaal promoten

Als belangenbehartiger voor de Vlaamse 3D printindustrie is Flam3D ook aan de slag gegaan met de businesskant. Er wordt samengewerkt met Brainport Development en Idea Consult om goedkeuring te krijgen voor een Vanguard project, waaraan 23 regio’s in Europa deelnemen. KMO’s

Kris Binon met de speciale fiets, door de leden van Flam3D ontwikkeld als demonstrator om duidelijk te maken wat met 3D printen al kan.

kunnen dan met een flinke subsidie technologie en services op 3D printgebied inkopen om de mogelijkheden van 3D printen voor hun toepassing te onderzoeken. Brainport Development, Idea Consult en Flam3D zijn de leidende partijen hierin; Flam3D is de enige deelnemer in dit consortium die zich enkel en alleen met 3D printen bezighoudt. Als branchevereniging promoot men ook de sector in het buitenland. In oktober neemt Flam3D deel aan EuroMold, dat dit jaar samengaat met de luchtvaarttoeleveringsbeurs Airtec, en in november aan Formnext. Voor de zomer was Kris met enkele leden op AM Europe Show in Amsterdam. “We willen aanwezig zijn op dit soort beurzen om daar de Vlaamse 3D printindustrie te presenteren. Wij kunnen bezoekers doorverwijzen naar onze leden die de oplossingen voor hen hebben.” Op termijn kan Flam3D het aanspreekpunt worden van waaruit

doorverwezen wordt naar de Vlaamse 3D printspecialisten.

Netwerken

Beursdeelname levert nog een neveneffect op, heeft Kris gemerkt tijdens AM Europe in Amsterdam. De Flam3D leden gebruikten de stand om te netwerken. “Er is door leden heel veel onderling genetwerkt, waaruit businesslinks zijn ontstaan.” Kris vindt dat er niks mis mee is als bedrijven zich hiervoor aansluiten bij de organisatie. “Bij ons maken ze connecties in het ecosysteem. Maar bedrijven die instappen, snappen dat het bij Flam3D verder gaat dan potentiële klanten ontmoeten.” En daar staan de veelal jonge bedrijven in deze sector voor open. Ze schuwen samenwerking niet. www.flam3d.be

Latticestructuren maken lichtere constructies mogelijk met behoud van sterkte.

print magazine november 2016

25


Autodesk en Lawrence Livermore National Laboratory onderzoeken de mogelijkheden van nieuwe designalgoritmen

Generative design zet engineer niet buiten spel

Zo kwam het frame in delen uit de 3D metaalprinter. Totale printtijd: meer dan 900 uur.

Generative design is dĂŠ toekomst van ontwerpen en maken, denkt men bij Autodesk. Door deze heel nieuwe manier van ontwerpen kun je maximaal de potenties van 3D printen benutten. En al helemaal als je dit combineert met nieuwe materialen, ontstaan er ongekende mogelijkheden. Ook voor mass customization.

26

print magazine november 2016


Generative design maakt mass customization mogelijk In de toekomstvisie van Autodesk op hoe je dingen maakt, komen eigenlijk meerdere technologische innovaties samen. Natuurlijk speelt 3D printen een belangrijke rol. Maar dat is slechts de enabling technology die heel andere zaken mogelijk maakt. Daarom is Autodesk Research een samenwerking aangegaan met het Lawrence Livermore National Laboratory, een van de Amerikaanse onderzoeksinstituten voor de maakindustrie. De onderzoekers krijgen toegang tot de allernieuwste softwaretools en de supercomputers van de ontwikkelaar van designsoftware.

Algoritme beantwoordt designvragen

We zullen in de toekomst namelijk afstappen van de huidige manier van ontwerpen, waarbij de designer lijnen trekt van A naar B, schetst Erin Bradner, principal research scientist bij Autodesk in San Francisco. “Er komt een nieuw platform waarin algoritmen het designprobleem oplossen. Generative design is de technologische aanpak om te ontwerpen voor 3D printen”, zegt Erin Bradner. “De focus zal verschuiven naar de functie van een bepaalde toepassing. De nadruk komt op het gebruik te liggen.” Dat gaat veel verder dan alleen het ontwerpen van een product. Een design kan gebaseerd zijn op bionische structuren om maximaal gewicht te besparen. Een andere, toekomstige, mogelijkheid is het gebruik van zogenaamde metamaterialen. Dit zijn materialen die eigenschappen hebben die je in de natuur niet tegen komt. Deze materialen zijn maakbaar door het 3D printen van microstructuren. Beide richtingen vergen heel andere designtools; additive manufacturing is voor zowel metamaterialen alsook bionische structuren de technologie om deze designconcepten om te zetten in producten.

Eigenschappen 3D printen

Autodesk en het Lawrence Livermore National Laboratory laten dit

Ook in Nederland wordt gewerkt aan de ontwikkeling van generatieve designmethoden. Mathijs de Schipper, research scientist Additive Manufacturing bij TNO, is op dit vlak onder andere betrokken bij een Europees project voor het personaliseren van voetzolen via generatief design. Niet alleen de voetzool wordt gescand, ook de voet tijdens een activiteit omdat lopen, staan, rennen, staand werken en de rest, allemaal activiteiten zijn die eigenlijk elk een andere voetzool vragen. “Generative design maakt mass customization mogelijk”, zegt De Schipper. Ook hij gelooft niet dat de rol van de ontwerper hierdoor verdwijnt. Deze zal eerder toenemen, omdat de ontwerper degene is die uit de verschillende designopties de meest geschikte kiest. “Generatief design is niets meer dan een set regels, een algoritme, met als resultaat een ontwerp. Als ontwerper kies je uit de voorstellen de beste oplossing.” Mathijs de Schipper ziet als het grote voordeel hiervan dat je veel eenvoudiger meerdere varianten van een design kunt genereren, enkel door bepaalde parameters aan te passen.

Zonder designkennis

In het geval van de inlegzool wordt het ontwerp automatisch gegenereerd aan de hand van scandata. Daardoor kunnen producten op maat worden gemaakt zonder dat bijvoorbeeld een verkoper in een schoenenzaak direct designkennis nodig heeft. In het Europees project wil men met het personaliseren van de inlegzolen verder gaan. Eén op de drie Europeanen heeft voet gerelateerde problemen, zo’n 200 miljoen mensen. Mathijs de Schipper: “Nu printen we zolen op basis van de voetvorm, wij willen naar verschillende materiaaleigenschappen toe. Harde en zachte delen, maar ook buigzaamheid in de looprichting kunnen printen.” De ultieme stap is het integreren van elektronica in de 3D geprinte zool, zodat bewegingen gemonitord kunnen worden via bijvoorbeeld sensoren. Een eerste stap voor engineers die willen proeven aan generative design is Grasshopper voor Rhino, een online tool. Ook Autodesk heeft hier tools voor.

Een voorbeeld van een generatief ontworpen frame uit een vliegtuig voor Airbus.

print magazine november 2016

www.tno.nl www.grasshopper3d.com www.autodesk.com

27


Het breedste programma industriële 3D printers

Landré levert, installeert en onderhoudt 3D printsystemen voor prototype- en serieproductie in metaal en kunststof. Benieuwd welk systeem voor uw toepassing geschikt is? Laat u door onze specialisten adviseren. Lange Dreef 10 | NL-4131 NH Vianen Tel. +31 (0)347 329 329 | www.landre.nl

p ro d u c t i e t e c h n i ek en vo o r d e ver s p a n i n g , p l a a t b e we rk i n g , k u n s t s t o f ve r we rk i n g e n a d d i t i ve m a n u f a c t u r i n g

ENGINEERING materials

ENGINEERING materials

HOW TO CREATE A SMART

PRODUCT!

6-7-8 DECEMBER 2016 10.00 - 18.00 UUR

EVENEMENTENHAL

GORINCHEM

GRAAG VERWELKOMEN WE U TIJDENS DRIE INSPIRERENDE BEURSDAGEN! • De laatste ontwikkelingen en innovaties op het gebied van productontwikkeling • Een podium waar een verbinding wordt gemaakt tussen de creatieve en de technische sector • Interactieve sessies, demonstraties en noviteiten • Engineering Experience: “The Future of making Things”. Wat is de invloed van Smart Industry?

M AT E R IA T E NT O O N S T E L L IN G 60 INNOVA TIEV MATERIAL E EN

WILT U DEZE VAKBEURZEN BEZOEKEN? EVENEMENTENHAL.NL/NEW-ENGINEERING-GO WE HETEN U VAN HARTE WELKOM TIJDENS DRIE INTERACTIEVE VAKDAGEN! • De laatste ontwikkelingen, kansen en impact op het gebied van Smart Industry • Smart Business, Smart Productie en Smart Processen staan centraal • Onderwerpen als Internet of Things, cybersecurity, keten - en productoptimalisatie komen aan bod • Een Start-Up plein waar starters op het gebied van o.a. 3D-productie en Big Data hun innovaties tonen

Graag tot ziens in Gorinchem!

new INDUSTRIES

new INDUSTRIES

HOW TO CREATE A SMART

INDUSTRY!

6-7-8 DECEMBER 2016 10.00 - 18.00 UUR

EVENEMENTENHAL

GORINCHEM


3D printen enabling technology voor gebruik van bijvoorbeeld metamaterialen zien aan de hand van een fietshelm die ze gezamenlijk ontwikkelen. Erin Bradner: “We kunnen dankzij 3D printen in een materiaal microstructuren aanbrengen die een materiaal op die specifieke plek andere eigenschappen geven.” Helmen, die nu gemaakt worden op een gemiddeld hoofd, kunnen niet alleen gepersonaliseerd worden maar ook op kwetsbare plekken voorzien worden van materialen met andere eigenschappen. Met complexe microstructuren in de materialen kan de energie bij een val of botsing veel voorspelbaarder afgeleid worden dan de huidige helmen kunnen. Door vervolgens met sensoren te gaan werken, kun je de stap naar data driven design zetten, verwacht Erin Bradner. Elk design wordt dan beter doordat het algoritme leert van de vorige designs. De ultieme stap is dat er adaptieve materialen beschikbaar komen, met geïntegreerde sensortechnologie die real time reageren op een verandering en zich aanpassen. Een prototype van zo’n materiaal werd al getoond op de Hannover Messe. Het gaat dus om veel méér dan alleen de helm die als integraal product, buitenkant en de beschermende binnenzijde, in een keer uit de 3D printer komt. De Autodesk onderzoekers denken dat ze met dit project baanbrekende designs voor helmen kunnen maken.

Airbus project

Een concreet voorbeeld van generative design, waarbij algoritmen

een designvoorstel genereren, is de bionische structuur voor het cabinepaneel van een Airbus toestel. Deze structuur is 3D geprint met scalmalloy, een door Airbus dochter AP Works ontwikkelde legering dat als specifieke eigenschappen heeft dat het licht is en mee veert voordat het breekt. Via cloudcomputing is het generative design tot stand gekomen en daarna 3D geprint. Dat laatste is wel nog een probleem, omdat het zo’n 900 uur kost om de structuur voor één wand te printen. Airbus verwacht echter dat dit de komende jaren aanzienlijk sneller zal gaan en rekent erop dat tegen 2018 dezelfde structuur in niet meer dan 100 uur geprint kan worden. De structuur is bestand tegen krachten tot 16G. Dit soort bionische structuren, gebaseerd op de natuur, kunnen alleen tot stand komen via algoritmen die op supercomputers draaien. In de cloud. “De rekenkracht die nodig is voor generative design kun je niet in een desktop computer gebruiken”, zegt Bradner. Bovendien biedt cloudcomputing de kans om te leren van andere designs.

Designen: wat als?

Betekent deze ontwikkeling dat de rol van de design engineer gaat vervallen? Erin Bradner denkt niet dat dit het geval zal zijn. Integendeel. Ze spreekt liever over een samenwerking tussen designer en algoritme. “De engineer krijgt veel meer data om een beslissing op te baseren.” Generative design draait om de wat-als vraag. Wat gebeurt er als ik dit doe? Wat gebeurt er bij dat design? Dat de rol van de designer verandert, staat voor haar wel vast. “De designer visualiseert een ontwerp dat misschien nooit eerder is getoond. De computer begeleidt de ontwerper vervolgens bij het maken van de keuzes: welk design en welke productietechniek kies ik?” Link naar video

https://youtu.be/fYI-gcVHrBU

Paralympisch wielrenster met 3D geprinte prothesekoker 2 seconden sneller op 3 kilometer: dat was het doel dat de Duitse wielrenster Denise Schindler op de Paralympics in Rio dacht te boeken dankzij haar 3D geprinte onderbeenprothese. Een team van Autodesk heeft de prothese qua design en gewicht geoptimaliseerd. In de achtervolging werd ze uiteindelijk gediskwalificeerd. Wel won Denise nog zilver in de tijdrit en brons bij het wegrennen. De prothesekoker van Denise weegt nog maar net iets meer dan 800 gram. De sportprothese is gemaakt op basis van een 3D scan van de stomp van de wielrenster. De nieuwe prothese is een herontwerp, afgestemd op de eisen die in baansporten aan een prothese worden gesteld én de fysieke eisen van Denise zelf. De designers van Autodesk hebben hiervoor Fusion 360 gebruikt, de online designtool. Engineers in Duitsland, Londen, San Francisco en Portland hebben gelijktijdig aan het design gewerkt. Hun doel was enerzijds het gewicht te reduceren, anderzijds de vorm te optimaliseren vanuit een aerodynamisch oogpunt. De sportprothese is daarna geprint bij Autodesk Pier 9 manufacturing center in San Francisco op een FDM 3D printer

print magazine november 2016

Denise Schindler met de nieuwe prothese. Testen in de windtunnel en simulaties door het Autodeskteam tonen aan dat deze prothese 2 seconden tijdwinst op de 3 kilometer oplevert.

van Stratasys. De prothese bestaat uit twee delen die verlijmd zijn en daarna nog verder zijn afgewerkt. Het gewicht bedraagt nog maar 812 gram. De kostprijs ligt aanzienlijk lager dan die van een handgemaakte prothese.

29


Eyemerge digitaliseert het werk van handtherapeuten voor méér en beter passend maatwerk

Ornaflow: digitale workflow voor handtherapeuten Het leeuwendeel van patiënten die aangewezen zijn op een handorthese kunnen kan zich goed redden met confectie orthesen. Voor een aantal patiënten is een duurdere - maatwerkoplossing beter. Henk van Dasler van Eyemerge heeft voor deze doelgroep een complete workflow ontwikkeld, Ornaflow, waarin 3D printen de gekozen productietechniek is. De innovatie zit echter met name in het parametriseren van de designopties voor de braces en de gecombineerde toepassing van een aantal voordelen van 3D printen voor de patiënt.

3D printen staat hoog op de agenda in de zorgsector. “De aandacht is nu echter vooral klinisch gericht”, zegt Henk van Dasler, die zich vanuit Eyemerge bezig houdt met technologieen conceptontwikkeling. Hij ziet ook buiten de klinische setting kansen voor 3D printen, waarbij patiënten, behandelaars én zorgverzekeraars elk hun eigen voordeel halen. Het 3D printen an sich is voor hem geen doel op zichzelf. “We printen niet omdat we dat kunnen, maar zetten de techniek in omdat we daarmee een aantal problemen uit de praktijk kunnen oplossen.”

Meerdere voordelen

Als eerste toepassing heeft hij een digitale workflow ontwikkeld waarmee handtherapeuten voor hun patiënten een op maat gemaakte handorthese kunnen maken, Ornaflow. Een orthese ondersteunt een lichaamsdeel, bijvoorbeeld gips bij een

De kern van de digitale workflow voor het maken van handprothesen is het parametriseren van het gescande 3D model. In dit deel van het project heeft Eyemerge samengewerkt met de TU Delft.

30

gebroken pols. Het aanmeten en het maken van handortheses (Ornafit) is op dit moment ambachtelijk werk met een lage graad van reproduceerbaarheid. Patiënten die na een aantal weken of maanden een nieuwe orthese nodig hebben, die bijvoorbeeld de duim meer bewegingsvrijheid geeft, ondergaan het hele proces opnieuw. De handtherapeut begint weer van vooraf aan. Omdat het maken van de ortheses veelal met de hand gebeurt, beschikt de therapeut niet over gegevens die gebruikt kunnen worden bij de orthesen die in de toekomst gemaakt worden. Het manuele proces is bovendien kostbaar. Daarom wordt vaak voor een confectie brace gekozen.

Complete digitale workflow

De grote uitdaging is geweest om een compleet proces aan te bieden, dat ook voor niet-technici hanteerbaar is. De workflow moet zodanig zijn vorm gegeven, dat ook therapeuten zonder specifieke technische kennis zowel een goede scan maken alsook de file kunnen modelleren tot een 3D printbare file. Voor het 3D scannen heeft Henk een aantal modellen en technieken getest, vooral om de ondergrens van de scankwaliteit te bepalen. In de praktijk blijken geen hele dure scanners nodig te zijn. Voor een deel is het scannen inmiddels gestandaardiseerd. Daarna komt het lastigste deel: het modelleren van het 3D model. Hiervoor is samengewerkt met de TU Delft. Omdat het investeringsbudget bij niet-klinische instellingen en zelfstandige handtherapeuten beperkt is, heeft hij gekozen om met Rhino in combinatie met Grasshopper aan de slag te gaan. Samen met de TU Delft is het gelukt om de aanpassingen die de therapeut in het 3D model wil aanbrengen, te parametriseren. “Met een beperkte set parameters kan de therapeut het model

print magazine november 2016


Een van de eerste prototypes van een handorthese gemaakt met 3D printen.

handen geven om het werk op een meer reproduceerbare wijze uit te voeren. “De kennis van de therapeuten blijft belangrijk. Alleen tekent de therapeut nu een lijntje met de muis of geeft een aantal parameters in en de software berekent wat dit voor het model betekent.” Het voordeel van deze aanpak is dat het aanmeetproces meer voorspelbaar wordt en minder knipen plakwerk, wat het maken van een orthese nu nog voor een deel is. Ook het beschikbaar maken van de historie van gegevens van een orthese vindt hij een belangrijk aspect, want daarmee wordt Kennis handtherapeut blijft belangrijk kennis vastgelegd die in de toekomst Het parametriseren is in zijn ogen een van opnieuw gebruikt kan worden. de wezenlijke onderdelen uit de hele workflow. Hij wil namelijk niet de Praktijkproef therapeuten vervangen door een scanner Henk van Dasler heeft zijn concept en 3D printer, maar hen juist tools in gepresenteerd aan de Nederlandse aanpassen. Hiervoor hebben we een software model voor Rhino geschreven”, verduidelijkt Henk. Met enkele muisklikken of door bepaalde waarden in te geven, kan de therapeut drukpunten aanpassen. Of hij geeft de patiënt extra bewegingsvrijheid door de randen van de orthese aan te passen. Het functionele model voor het parametriseren is klaar. “Wat we nog moeten doen, is het ontwikkelen van de juiste gebruikersinterface, bijvoorbeeld schuifbalken waarmee de therapeuten maten kunnen aanpassen.”

Niet alleen patiënten, ook preventief in de industrie Henk van Dasler kijkt voor de toekomstige uitrol van zijn concept niet alleen naar de zorgsector. Hij ziet het 3D printen van gepersonaliseerde orthesen ook als een kans om preventief aan de slag te gaan en mensen te beschermen tegen aandoeningen. Hij denkt dan bijvoorbeeld aan assemblagemedewerkers, die met een op maat gemaakte brace de kans op uitval door overbelasting van hun handen en polsen verkleinen. In de automobielindustrie zijn er al enkele fabrikanten die assemblagehulpmiddelen voor hun medewerkers printen. De kosten van het aanmeten en printen van zo’n orthese vallen waarschijnlijk in het niet bij de winst die geboekt wordt door een lager ziekteverzuim en betere arbeidsomstandigheden.

print magazine november 2016

Vereniging van Handtherapeuten. Eén van de therapeuten is al vanaf het begin betrokken bij de ontwikkeling. Komend najaar start hij samen met een zorginstelling een praktijkproef. Of uiteindelijk de therapeut zelf gaat 3D printen of dat dit uitbesteed wordt, maakt volgens hem voor het concept niets uit. “Dat is vooral een economische afweging.” Als deze praktijkproef slaagt, wil Henk investeerders zoeken om een totaaloplossing samen te stellen. Het liefst biedt hij handtherapeuten een kant en klare oplossing aan. Dat concept wil hij het liefst internationaal uitrollen, omdat de vraag naar comfortabele, maatgemaakte orthesen in heel Europa bestaat.

Toekomstige ontwikkelingen

Een punt waar hij nog verder aan wil werken, is het verbeteren van het draagcomfort door met andere materialen te experimenteren en verdere mogelijkheden tot personalisering. “Ik wil gebruik maken van de unieke mogelijkheid van 3D printen om mechanische eigenschappen te sturen met de vorm die je print. De veerkracht van de orthese kun je beïnvloeden met de structuur.” Ook dit soort zaken zullen in de toekomst wellicht in de software geïntegreerd worden, zodat de therapeut de braces nog beter kan aanpassen aan de specifieke omstandigheden waarin de patiënt deze gebruikt en de specifieke medische eisen. www.eyemerge.nl

31


Is additive manufacturing kansrijk in de sector met hoge volumes en lage marges?

3D printen en auto’s: wel of geen kansrijke combinatie? De automobielindustrie lijkt achter te blijven als het om 3D printen gaat. De aantallen in deze sector zijn te groot, roepen sommigen. De huidige te dure technologie is er nog niet voor geschikt, denken weer anderen. Toch gebeurt er achter de schermen van de auto-industrie al wel het nodige. En 3D printen zou wel eens voor een revolutie in de wijze waarop auto’s geproduceerd worden kunnen gaan zorgen, bleek tijdens de tweede editie van 3D Druck, Additive Fertigung in der Automobilindustrie.

Voor het Duitse engineeringbureau EDAG Engineering is het duidelijk: 3D printen gaat een nieuwe fase inluiden in de ontwikkeling van lichtgewicht auto’s. Er komt een generatie elektrische auto’s die de bestaande productieprocessen disruptief kunnen veranderen. EDAG heeft al een conceptstudie gepresenteerd, de EDAG Light Cocoon. Dit is een compacte sportwagen, gebouwd op een bionische en 3D geprinte profielstructuur, die overtrokken wordt met een carrosserie van textiel. Dat laatste maakt het personaliseren van de auto gemakkelijk. De onderhuidse buisstructuur doet denken aan de

buizenchassis van de sportwagens van een eeuw geleden.

Spaceframe

Essentieel in het EDAG concept is dat er met 3D geprinte verbindingsstukken wordt gewerkt, waarmee een spaceframe wordt gebouwd. Door deze verbindingsstukken te 3D printen, kunnen ze multifunctioneel worden vorm gegeven en heel flexibel worden geproduceerd. Een kanttekening die Martin Hillebrecht, hoofd Competence Center bij EDAG Engineering, maakt, is dat de huidige poederbedmachines te langzaam zijn, een te klein bouwvolume kennen en de materiaalkeuze beperkt is. Daar moet dus nog het nodige aan ontwikkeld worden. Hillebrecht geeft echter de voorkeur aan 3D geprinte verbindingsstukken boven gietstukken, omdat bij additive manufacturing de onderdelen geoptimaliseerd kunnen worden om gewicht te besparen. De wanddikte bij additief gemaakte stukken kan duidelijk geringer zijn dan bij gieten. Voor het engineeringbureau komen in dit concept trends zoals e-mobility, 3D printen en Industrie 4.0 samen.

Lichter dan alu-drukgieten

Storyboard: het hele congres samengevat in trefwoorden.

32

Martin Hillebrecht gaf nog twee andere voorbeelden hoe 3D printen ingezet wordt in de auto-industrie. Samen met het LZN is voor een elektrische auto een on-board oplaadapparaat ontwikkeld dat 50% lichter is dan de equivalent van aluminium drukgieten. In de toekomst kunnen nog koelkanalen geïntegreerd worden om de warmte af te voeren om het product nog compacter te maken. Het tweede voorbeeld is een functioneel prototype van een koplamp met geïntegreerd een gepersonaliseerd dagrijlicht. Dit is bedoeld voor auto’s die in kleine aantallen worden gebouwd. Ook hier is het koelsysteem voor de LED-verlichting geïntegreerd

print magazine november 2016


EDAG Engineering heeft met het Laser Zentrum Nord en andere partners dit verbindingsstuk geprint. Hiermee kunnen profielen worden samengebouwd tot een spaceframe voor een lichtgewicht auto.

in het design voor 3D printen. In de praktijk worden deze dagrijlichtsystemen meestal actief gekoeld, wat extra ruimte vraagt. Door een warmtewisselaar in het 3D printmodel te integreren, kan volstaan worden met passieve koeling door rijwind.

Audi: op de drempel

Wie naar de praktijk van vandaag kijkt bij de fabrikanten van seriemodellen, merkt dat additive manufacturing van metalen componenten hier vooral wordt ingezet

in de gereedschapafdelingen. Audi doet dat bijvoorbeeld. Alexander Hoffmann van Audi schetste een toekomstbeeld waarin 3D metaalprinten ook in de onderdelenproductie toegepast gaat worden. Voorwaarde is wel dat de technologie gaat voldoen aan de eisen die de sector aan productietechnieken stelt. Dat betekent volgens hem onder andere dat de 3D procesketen gesloten moet worden. Er zitten nog teveel hiaten tussen de verschillende stappen van CAD-design tot

en met warmtebehandeling. Ook ontbreekt nog de nodige proces- en materiaalkennis, onder andere op het gebied van warmtebehandeling. En er is nog te weinig automatisering in het hele AM-proces. Hoffmann ziet het 3D metaalprinten op de drempel van de productie staan, in eerste instantie voor functionele kleinserie delen. Ook hij benadrukt de rol van 3D printen in het bouwen van lichtere auto’s en het belang van engineering.

AM helpt potenties Industrie 4.0 tastbaar te maken De conferentie over 3D printen in de automobielindustrie werd afgesloten met een keynote lezing door professor Johannes Schilp van de universiteit Augsburg. Hij zocht de parallellen tussen Industrie 4.0 en additive manufacturing. Hij gelooft dat 3D printen de potentie heeft om de mogelijkheden die Industrie 4.0 biedt om te zetten naar praktische toepassingen. Je moet 3D printen dan wel als een proces zien, niet als een op zichzelf staande productiestap. Die kant gaat de faculteit Machinebouw aan de universiteit van Augsburg op. Sinds een jaar is er samen met het Fraunhofer een nieuwe leerstoel voor connected production en grondstoffenefficiency opgericht.

print magazine november 2016

Centraal staat voor professor Schilp het internet der dingen en diensten, waarin alles aan elkaar gekoppeld is. De universiteit wil zo’n volledige procesketen gaan bouwen als democentrum, eerst voor metaal, dan voor kunststoffen. In die procesketen worden alle facetten meegenomen: van poederproductie en -opslag tot en met warmtebehandeling en de technologie om het werkstuk van de bouwplaat te halen en de verspanende nabewerking. Professor Schilp is overtuigd van de potenties die additive manufacturing heeft voor seriematig produceren van kleinere aantallen voor de auto-industrie. Het rendement moet dan wel berekend worden over de totale product life cycle. “We moeten niet in eilandoplossingen blijven denken.”

33


Met de komst van printerfarms, waarin meerdere printers gezamenlijk aan werkstukken printen en het programma door slimme software automatisch verdeeld wordt over de verschillende printers, kan de productiviteit worden opgevoerd, denkt René Gurka van BigRep.

VW: nog niet in de serieproductie

Er was nog een tweede spreker uit de Volkswagen groep: Thomas-Oliver Sieverling, werkzaam bij de gereedschapafdeling van het merk Volkswagen. Een van zijn eerste opmerkingen was dat de huidige stand van 3D printtechnologie noch technisch noch economisch voldoet aan de eisen die automobielserieproductie stelt. Wel zijn er in de ontwikkelingsfase toepassingen te vinden, zeker in de bouw van conceptauto’s (meestal 1 tot 5 stuks), waar 3D printen een voordeel biedt. In de productie van de aanloopserie (50 tot 200 auto’s) is de techniek beperkt inzetbaar, denkt Sieverling. Toch heeft Volkswagen ook in deze fase al ervaring opgedaan. Zo is een stuuras in Wolfsburg 3D geprint van metaal voor testen. En een onderdeel van de stuurbekrachtiging is in een voorseriemodel ingezet. In de gereedschapafdeling zijn er wel al toepassingen te vinden. En waar Volkswagen de technologie eveneens inzet, is in het 3D printen van hulpmiddelen voor in de assemblageafdelingen. Hij haalde dezelfde eisen aan als de spreker van Audi. Daarnaast moet er een doorlopende datastroom komen, om producten van begin tot einde te kunnen traceren. En er zijn gestandaardiseerde testen nodig voor de kwaliteitsborging.

Kwaliteitsborging start bij het design

Over de kwaliteitsborging bracht Volker Junior van het Duitse ingenieursbureau Phoenix een interessante visie naar voren. Criticasters zien kwaliteitsborging als de achilleshiel van additive manufacturing. Volker Junior denkt echter dat we de verkeerde insteek voor de kwaliteitssystemen kiezen. “De reflex is te kijken naar de kwaliteitsaanpak van de techniek die we met additive manufacturing willen vervangen. De clou is dat additive manufacturing geen massaproductie is. We gaan naar enkelstuks productie en kiezen de kwaliteitsaanpak van massaproductie. Met de klassieke steekproefsgewijze controle kun je de kwaliteit bij 3D printen niet borgen.” De oplossingen zijn volgens hem procesbewaking, metingen aan een referentiedeel of 100% kwaliteitscontrole, zoals de

34

vliegtuigindustrie doet. Blijft over de vraag hoe je de kwaliteit controleert van dingen die je niet kunt meten, zoals interne rasterstructuren, of de poriën van een implantaat? De oplossing hiervoor is computertomografie (CT). Ligt hiermee de bal in het kamp van de machinebouwers? Nee, vindt Volker Junior. Kwaliteitsborging begint bij de engineer. Deze moet het totale proces zo inrichten dat het stabiel en reproduceerbaar is. En daaronder valt wat hem betreft ook het design. Je kunt bepaalde te grote toleranties opvangen door het onderdeel anders te construeren.

Engineers: probleem oplossen in het design

Een andere opmerking die Volker Junior op het tweedaagse congres maakte, had betrekking op de impact van 3D printen op de totale waardeketen. 3D printen wordt nogal eens bestempeld als een technologie waarmee je met één druk op de knop het productieproces in gang zet. Klopt, zegt Volker Junior. Dat is echter pas zo nadat je eerst de juiste set data hebt ontwikkeld. “Dan heb je een proces dat geen aanvullende kennis nodig heeft. Je moet wel know how hebben hoe de dataset te maken. Daarin gaat de kennis zitten. Dat is de reden waarom dit proces disruptief kan zijn.” Want in de toekomst wordt het geld op die plek verdiend waar de juiste data worden gegenereerd en niet langer waar fysiek producten worden gemaakt. “Waar je data creëert, genereer je waarde en verdien je het geld.” Dat vraagt een andere generatie engineers, denkt hij. “We zijn verleerd om de oplossingsruimte te bekijken en te benutten. Engineering is verworden tot een iteratief verbeterproces, maar we moeten terug naar het begin en de oplossing vinden in het design.”

René Gurka: niet onderschatten

Een 3D printexpert die overtuigd is van de stap richting productie, is René Gurka van de Duitse start up BigRep. Het Berlijnse bedrijf bouwt 3D printers voor grote objecten. Hij waarschuwt voor het onderschatten van de snelheid waarmee sectoren kunnen transformeren richting digitale productie en dus 3D printen. De Amerikaanse gehoorapparatenindustrie transformeerde binnen 500 dagen. “Wie niet meedeed, was failliet.” Neem daarom initiatieven als Local Motors (3D geprinte roadster Strati, 49 delen in 48 uur) serieus, aldus René Gurka. Voor BigRep is vooral de industriële productie van matrijzen een van de doelgroepen. Een Australische fabrikant van autobussen print de matrijzen voor het vormen van CFK onderdelen met BigRep printers. “In vier weken hebben ze hun nieuwe onderdelen klaar, vanaf design tot en met productie.” De oprichter en CEO van de Duitse start up verwacht dat binnen nu en drie jaar het 3D printen overgaat van pure prototypingtechnologie naar een productietechniek. De tweede editie van 3D Druck, Additive Fertigung in der Automobilindustrie, werd georganiseerd door SV Veranstaltungen, www.sv-veranstaltungen.de

print magazine november 2016


BMW stapt in Carbon 3D Tijdens de IMTS heeft de Amerikaanse startup Carbon 3D Inc. bekend gemaakt een nieuwe investeringsronde te hebben afgerond. BMW, Nikon, GE Ventures en JSR stoppen samen nog eens 81 miljoen dollar in het bedrijf dat een printtechnologie voor koolstofvezels heeft ontwikkeld. Samen met de huidige investeerders betekent dit dat er in totaal 222 miljoen dollar in de startup is gestopt. Autofabrikant BMW heeft eerder al als potentiële gebruiker van de printtechnologie samengewerkt met Carbon. Dat geldt ook voor Delphi, een grote Amerikaanse toeleverancier aan de auto-industrie. Carbon heeft de zogenaamde CLIP-technologie ontwikkeld, een fotochemisch printproces. Dit onderscheidt zich doordat de onderdelen door en door vast zijn. Dat is te danken aan het feit dat aan de polymeer die geprint wordt een reactieve component wordt toegevoegd. Deze reageert op warmte en zorgt voor betere eigenschappen in alle richtingen. Het materiaal is isotroop. De mechanische eigenschappen zijn volgens de printerfabrikant vergelijkbaar met die van engineering plastics. Nikon wil de Carbon M1 printer niet alleen op de Aziatische markt introduceren, maar eveneens de meettechnologie (zowel 3D meten als röntgen metingen) aan de printer koppelen.

Local Motors introduceert Forth platform voor co-creation De 3D revolutie voltrekt zich ook in de ontwerpsoftware. Local Motors heeft de divisie Forth opgericht. Dit is een software platform voor co-creatie dat aangeboden wordt als een SaaS (Software as a Service). Het nieuwe platform moet bedrijven helpen hun ontwikkeltrajecten te versnellen door gebruik te maken van co-creatie en micro-manufacturing. Jay Rogers, oprichter en CEO van Local Motors: “De productietechnologie van de vorige eeuw is niet geschikt voor de producten van de komende eeuw. Forth toont dat als we de digitale toekomst

kunnen integreren in de auto-industrie, we hetzelfde kunnen doen in elke industriesector waar ook ter wereld.” Het hart van Forth is de community van 60.000 actieve leden uit de hele wereld. Zowel GE als Airbus Group gebruiken deze community al. Airbus heeft bijvoorbeeld in april van dit jaar samen met Local Motors de Airbus Cargo Drone Challenge gelanceerd, een ontwerpwedstrijd voor de volgende generatie drones. Dat heeft 425 inzendingen opgeleverd.

PSA gaat samenwerken met Divergent 3D De Franse autogroep PSA gaat samenwerken met Divergent 3D. Deze Amerikaanse startup heeft een concept ontwikkeld voor de productie van personenauto’s. Centraal hierin staan 3D geprinte metalen verbindingsstukken. Met het concept van Divergent kunnen de initiële investeringskosten voor het ontwikkelen van bouwen van een nieuw model fors dalen. Het moederbedrijf van Peugeot, Citroen en DS wil de technologie in eerste instantie toepassen voor prototypebouw. De Amerikaanse startup grijpt min of meer terug op het buizenframe concept helemaal uit het begin van de auto-industrie. De koppelstukken worden 3D geprint. Hieraan worden buizen toegevoegd om een frame te bouwen, dat het peperdure chassis van de huidige auto’s vervangt. Carlos Tavares, ceo van PSA, zei bij de aankondiging van de samenwerking te verwachten dat de omvang van de ‘manufacturing footprint’ van de auto-industrie drastisch kan verkleind worden.

print magazine november 2016

35


Additive technologies require additional training for the manufacturing

CECIMO’s EU-funded project METALS – supports the development of a new AM The European machine tool industry invests more and more in the new technologies shaping the future of the manufacturing sector and allowing to tap into new growth opportunities. An instrumental pillar of this technology move is having a workforce that is educated on new technologies and that possesses the skills-set supporting the uptake of new manufacturing systems. The development of new skills aligned with emerging technologies is, however, not commonly offered by education and training programmes in Europe. Therefore, manufacturers have to take the responsibility for organizing complex and costly in-house training programs as finding a workforce with the right practical competences remains a challenge for many machine tool builders in Europe.

The upcoming machine tool workforce should be trained on new applications, like metal additive manufacturing, to support the global technological leadership of the European machine tool industry. With METALS, our sector has made use of the framework provided by the EU’s Sector Skills Alliance initiative to develop new channels to influence the curriculum delivered in Europe and to supply the industry with the skills actually needed following a long-term strategy.”

Filip Geerts, CECIMO Director General

Disruptive technologies

Under this light, in January 2016, CECIMO and its partners launched a new initiative that aims at providing machine tool builders with the sought-after applied skills they need in line with disruptive technologies in the advanced manufacturing sector. The initiative, METALS - MachinE Tool ALliance for Skills, is a three-year project inaugurated under the EU’s Erasmus+ Sector Skills Alliance initiative, designed to promote education-industry partnerships at European-level within a specific sector of the economy. As a first step, CECIMO and its German (VDW), Italian (UCIMU) and Spanish (AFM) national associations as well as education providers have gathered information on the emerging technologies shaping the future of the machine tool industry and triggering new skills needs. Thanks to the information collected through online surveys and face-to-face interviews with industry representatives, the METALS Alliance has come to the conclusion that additive manufacturing is the area where training is mostly

36

needed for the upcoming machine tool workforce, due to the potential impact of this rapidly evolving technology on the sector.

Indentifying specific skills needed

The Alliance is now working on identifying the specific skills needed to operate and maintain metal additive manufacturing systems. This is an important task for the European machine tool industry since companies also train customers on using machine tools and provide extensive maintenance services that require a specific skills set. To identify the specific skills needed to operate and maintain additive manufacturing systems, the METALS consortium organized a series of expert workshops with companies in Spain, Italy and Germany. According to the workshop findings, the practical skills needed to operate metal additive manufacturing systems are similar to the ones required for conventional machine tools because the former can perform tasks without any significant human intervention. The experts also state that subtractive and additive technologies are complementary, since additively-built parts need to receive a final treatment by subtractive machine tools for high precision. All of these suggest that the current machine tools workforce can adapt to additive technologies by fine-tuning their existing practical skills for a complementary technology, additive manufacturing. That being said, there are also areas complementary to the operation of machines where special training programmes are required for the workforce dealing with additive technologies. These are the issues surrounding health and safety as well as the maintenance of AM systems.

Throughout the METALS workshops in various occasions, industry experts underlined that the additive manufacturing workforce need to possess specific knowledge pertaining to the application of safe working practices and procedures, understanding different materials, and conducting preventive measures. For example, to avoid the risks of exposure to powdered metals, utilizing the appropriate personal protective equipment is a must and requires special training. Also, the workforce needs to know how to store the material and how to dispose the waste after the operation.

print magazine november 2016


workforce

MachinE Tool ALliance for Skills training program in Europe

Ski

lls f or A

M

trained on AM safety. In parallel to such findings, the METALS consortium expect to see that new job profiles with specific training and expertise needs such as AM health and safety officer, AM powder metallurgist and AM maintenance technician are likely to raise. METALS is a 3-year project, funded by the EU’s Erasmus+ Programme aiming at promoting education-industry partnership at European-level to provide the machine tool industry with new skills adapted to new technologies. The project is coordinated by CECIMO and includes 10 other partners from Germany, Italy and Spain: Germany: VDW Youth Foundation, University of Bremen and Detmold Government Italy: UCIMU AFOL Metropolitana and ECOLE Spain: AFM, IMH – the Machine Tools Institute IVAC-EEI and TKNIKA

Trained workforce

In fact, the industry experts participated in the METALS workshops say that finding trained workforce with the competences required for a safe AM working environment is a challenging issue. Using and maintaining AM systems safely require specific competences including material (e.g. metal powder) handling and storage, disposal of waste and utilization of personal protection equipment. For example, AM systems need regular maintenance by a technician from the vendor company to prevent potential machine break-down and this service can be only delivered by competent personnel who is

All in all, the METALS project so far suggests that the current machine tool workforce provides the industry with the main skills pool. Nevertheless, machine tool operators’ practical skills should be fine-tuned for AM technologies as well as comprehensive training on health and safety matters are needed to underpin the growth of AM technologies in Europe. In the next months, the METALS Alliance, based on the abovementioned findings, will design a sector-wide training curriculum and gather relevant learning materials which will be available through an e-learning platform for the European machine tool workforce. The project is also expected to provide policy-makers with the sectorial insights they need for designing policies and programmes boosting the competitiveness of European machine tool companies and the employability of its workforce. Throughout the initiative, the consortium will also organize information days in Germany, Spain and Italy with the participation of relevant stakeholders.

For further information on METALS, contact Mr Emir Demircan, EU Public Affairs Manager +32 2 502 70 90 emir.demircan@cecimo.eu www.metalsalliance.eu

METALS Workshop that took place at AVIO AERO premises in Cameri, 13 July 2016.

print magazine november 2016

37


Maakmij wil met engineering en metaalprinten spuitgietketen naar hoger plan helpen

Conformal cooling zet denkbeelden spuitgietmatrijzen op z’n kop Conformal cooling gooit bestaande denkbeelden over het spuitgietproces overhoop. Doordat je met 3D geprinte inzetstukken in een matrijs effectief kunt koelen waar het nodig is, worden spanningen in de spuitgietstukken voorkomen. En cyclustijden worden korter. Desondanks is conformal cooling nog niet volledig doorgedrongen in de Nederlandse spuitgietindustrie.

Christiaan Alofs richt zich met Maakmij op de matrijzenindustrie. Voor die sector is 3D printen een uitgerijpte technologie. Conformal cooling: daar draait het om. Tientallen procenten cyclustijdwinst bij het spuitgieten zijn geen uitzondering; 70%

van de spuitgietcyclus wordt immers bepaald door het afkoelen in de matrijs. De hogere productiviteit is niet het enige voordeel dat een 3D geprint insert met aangepaste koelkanalen biedt. Het spuitgieten kan tot spanningen en glansverschillen in het product leiden als er niet gelijkmatig wordt gekoeld. Op dit punt stelt tot nog toe de CNC verspaningstechnolologie de grenzen aan het maakbare. Conformal cooling gooit dit model overhoop. Christiaan Alofs: “Met 3D printen kun je koelen waar het moet. Dat biedt geheel nieuwe mogelijkheden in het matrijsontwerp.”

Hele keten moet mee

Een voorbeeld van een matrijs voorzien van optimale interne koelkanalen, waarmee de cyclustijd in de spuitgietmachine verkort wordt. (Foto: Concept Laser)

38

Met Maakmij positioneert Christiaan Alofs zich als leverancier van de matrijzenmakers maar wil hij ook de brug slaan naar zowel spuitgieters, productontwerpers als de eindklanten. “Het delen van kennis helpt om het totale proces te verbeteren.” Hij verricht op dit moment in de keten heel wat missionarissenwerk: uitleggen wat conformal cooling is en welke meerwaarde er in de keten gerealiseerd kan worden. Christiaan Alofs ziet het als zijn missie om te zorgen dat de sector ook in Nederland dit oppakt. Immers, in 2007 was er al het Hypermouldproject, dat specifiek ging over het aanbrengen van koelkanalen op plaatsen waar koeling nodig is. En in het buitenland zijn er OEM’ers die voor hun spuitgietprocessen niets anders meer willen. Miele bijvoorbeeld, voor wie Hoffmann Innovation Group

print magazine november 2016


Christiaan Alofs bij zijn 3D metaalprinter, waarmee hij zich specifiek op de conformal cooling technologie voor matrijzen richt.

- de kennispartner van Maakmij - de technologie zover heeft doorontwikkeld dat bijna geen matrijs meer zonder conformal koeling wordt ingezet.

Meerkosten en meerwaarde

“De sector kent prijsdruk door China. En als er prijsdruk is, moet je ofwel goedkoper zijn ofwel meerwaarde bieden.” Een probleem is dat de meerwaarde van conformal cooling nog niet door alle partijen in de keten wordt gezien. Inkopers letten vaak meer op de matrijsprijs en minder op de verlaagde stuksprijs door de kortere cyclustijd en minder uitval. Maar ook de meerwaarde in de kwaliteit door bijvoorbeeld klikverbindingen die soepeler werken doordat er minder spanning in het materiaal zit; of een egalere glans als gevolg van gericht koelen. Christiaan Alofs wil vooral deze meerwaarden van conformal koeling benadrukken.

Kennis delen

Maakmij is niet alleen een 3D printservicebureau, maar eveneens ontwerppartner. Het 3D printen van conformal cooling kernen is geen trucje, maar vraagt kennis van zaken als stromingsleer en warmteleer in het spuitgietproces. En kennis van de applicatie, het spuitgietproduct en de toepassing daarvan. Van daaruit moet je terug redeneren naar de oplossing

print magazine november 2016

die nodig is om het probleem in de toepassing te tackelen. Daarom gelooft Christiaan Alofs dat je als 3D printer naast de metaalsmelttechniek met name engineeringcompetenties voor een specifieke applicatie moet bieden. “Als een klant functionele eisen zo vanzelfsprekend vindt dat hij ze niet meer

hardop noemt, loop je het risico iets te maken dat niet voldoet aan wat de klant wil.” Alleen door producten te maken die voldoen aan de verwachtingen van de klant, kan de toepassing van 3D printen verder groeien. www.maakmij.nl

Hoffmann Innovation Group kennispartner van Maakmij Christiaan Alofs is van huis uit oppervlaktefysicus. Hij is afgestudeerd op dunne aluminium lagen voor de silicium wafers in de chipsindustrie. “Dunne laagjes metaal lopen daarna als een rode draad door mijn loopbaan”, zegt de ondernemer uit Zaltbommel. Voor de bouwtoelevering heeft hij laserlasproducten ontwikkeld, hij heeft een aantal jaren veel met China gewerkt en kent de innovatiesector van binnenuit. Hij zet zich in om te zorgen dat het onderwerp conformal cooling door 3D printen van inserts tot de standaard gereedschapkist van alle matrijzenmakers behoort. “Deze technologie is uitontwikkeld.” Op dit moment produceert hij de inserts voor matrijzen en andere gereedschappen op een Concept Laser M1. Hij werkt nauw samen met de Hoffmann Innovation Group, een grote matrijzenmaker en het moederbedrijf van Concept Laser. Deze Duitse matrijzenbouwer is de bakermat voor de laser cusing technologie zoals Concept Laser zelf het metaalprinten noemt. “Het bedrijf heeft veel kennis van matrijzenbouw en metallurgie.” Door deze kennis en vooral ervaring te gebruiken, heeft hij het metaalprintproces snel op het juiste niveau gekregen. Zijn eigen kennis van het smelten van metaal is hierbij zeer nuttig gebleken. “Je hebt een proceswindow en moet weten wat wel en wat niet kan en welke kant het proces opgaat als je zaken verandert.” Met de combinatie van deze kennis en die van zijn klanten is Maakmij klaar om ook in Nederland lasercusing breed toe te passen.

39


Prijsdoorbraak bij 3D printen van PEEK

Tractus3D wil met SLA’s zakelijke markt aan zich binden

Naast de standaard materialen biedt Tractus3D de mogelijkheid om flexibele kunststoffen te 3D printen.

De Nederlandse fabrikant van FDM printers Tractus3D heeft de markt verrast met de mogelijkheid om met materialen zoals PEEK en POM te printen voor een bedrag dat een verspaner uitgeeft aan een handvol gereedschappen. Toch is het niet deze lage prijs waarmee Tractus3D de zakelijke 3D printmarkt wil veroveren. Dat wil de start up vooral doen met de service level agreements (SLA’s).

40

print magazine november 2016


Een klein jaar bestaat Tractus3D. De ontwikkelaar én producent van deltaprinters uit Ammerzoden is echter niet onopgemerkt gebleven, vooral niet dankzij de speciale uitvoering van de 3D printers waarmee PEEK, Ultem en andere engineering plastics 3D geprint kunnen worden. Of de grote deltaprinter, waarmee een volume van maximaal 2100 mm hoog geprint kan worden. Ben Schilperoort, CEO, maakt bewuste keuzes sinds hij de onderneming leidt: marktfocus, onderscheiden met technologie, bijzondere materialen én service. Daarmee moet de start up zich onderscheiden in de overvolle markt voor betaalbare FDM-printers. “We hebben een roadmap ontwikkeld hoe we ervoor gaan zorgen dat Tractus3D over vijf jaar tot de groep behoort die dan nog bestaat”, zegt hij vastberaden.

Analoog aan de IT-industrie

Daniël van Mourik, nu verantwoordelijk voor R&D, is al enkele jaren geleden met de FDM-technologie aan de slag gegaan omdat in zijn ogen bestaande 3D printers onvoldoende kwaliteit boden. Ben Schilperoort is dit jaar in beeld gekomen en zag meteen het potentieel van Tractus3D. Hij is een entrepreneur uit de IT-industrie, een sector die volgens hem enkele decennia geleden dezelfde karaktertrekken vertoonde als de huidige 3D printindustrie. De les die hij meeneemt, is dat het niet alleen om de techniek gaat wil je een technologie als 3D printen laten doorbreken in de maakindustrie. “Voor bedrijven is het serviceniveau belangrijk. Als ze een 3D printer kopen, willen ze die elke dag kunnen inzetten.” Daarom biedt Tractus3D SLA’s aan. Klanten kunnen een serviceabonnement nemen, waarbij er twee niveaus beschikbaar zijn. Onderdeel van de SLA is dat de printkop voor reiniging teruggestuurd kan worden en binnen 48 of 96 uur retour gaat richting de klant. In het meest uitgebreide abonnement is zelfs een tweede printkop inbegrepen. “Bedrijven en engineers die 3D printen, willen geen stilstand”,

print magazine november 2016

Ben Schilperoort (rechts) samen met hoofd R&D Daniël van Mourik: met een totaal concept, modulaire opbouw, lage voorinvestering, kwaliteit en service via de SLA’s wil Tractus3D een positie verwerven in de zakelijke markt.

zo motiveert Ben deze SLA’s. Om de 3D printers op basis van pay for use aan te bieden, gaat hem op dit moment te ver. Voor een start up worden de inkomsten dan wel heel ver in de toekomst vooruit geschoven. “Bovendien heb je een groep klanten die niet aan een abonnement wil vastzitten. De lage aanschafprijs met de SLA’s is een mooie middenweg.”

Modulair concept

Belangrijk in zo’n serviceconcept is dat

de gebruiker eenvoudig wezenlijke onderdelen, zoals de printkop, kan vervangen. Tractus3D kiest mede daarom voor een modulair concept, dat aansluit bij gebruiksgemak. Zonder technische kennis en specifieke gereedschappen, kun je onderdelen zoals de extruder en de kop, wisselen. De printkop is bijvoorbeeld met magneten bevestigd. Een oplossing die volgens Daniël van Mourik enkele jaren onderzoek heeft gevergd, maar nu zijn

Vier focusmarkten Tractus3D concentreert zich op vier focusmarkten: industrieel 3D prototyping (of one off productie), medisch (onder andere met PEEK), onderwijs en fashion (3D printen van leerprojecten en -modellen). Voor deze markten zoekt men specifieke materialen zoals een heel flexibele kunststof, waarmee bijvoorbeeld al een pakking voor een cilinderkop van een oldtimer is geprint. Voor de high end modellen heeft het bedrijf een distributieovereenkomst met Vink Kunststoffen gesloten, dat de Nederlandse machines internationaal vermarkt.

41


meerwaarde bewijst. Niet alleen doordat de kop eenvoudig verwisseld kan worden zonder schroevendraaier; ook door de hogere nauwkeurigheid omdat de kop in de deltaprinter altijd gecentreerd wordt, zelfs als er slijtage optreedt. Deze modulaire opbouw geeft bovendien de kans om de printers altijd te upgraden als er nieuwe technologie beschikbaar komt. Ben Schilperoort: “Ontwikkelingen gaan heel snel. Het mag niet zo zijn dat je vandaag een printer koopt die over enkele maanden alweer verouderd is.” Zelfs de besturing zal uitwisselbaar zijn. Hij vergelijkt de strategie met die in de F1 racewereld: elke race is de auto verbeterd, maar de basis blijft.

PEEK en Ultem

Tractus trekt de aandacht met de T650 RTP uitvoering van de 3D printer. Daniël van Mourik heeft hiervoor een aparte extruder en printkop ontwikkeld, zodat je met dit model naast de standaard filaments ook PEEK, POM en bijvoorbeeld Ultem kunt printen. De uitdaging bij het printen met PEEK zat vooral in de viscositeit van het materiaal en de temperatuur. Omdat PEEK op een hogere temperatuur wordt geprint, krijgt de printer in deze uitvoering een printbed dat verwarmd kan worden tot 175 graden (standaard hebben alle Tractus3D printers een verwarmd printbed). De maximale afmetingen die momenteel met PEEK geprint kunnen worden, zijn 18 cm rond en 18 cm hoog, voor de meeste toepassingen voldoende. “In de toekomst zullen we ook groter kunnen printen, maar we merken dat daar nog geen

vraag naar is”, zegt Daniël. Dit materiaal is voor de medische sector interessant omdat het als enige kunststof in een autoclaaf gesteriliseerd kan worden. In de industrie is het geschikt voor onderdelen die mechanisch zwaar belast worden of chemisch resistent moeten zijn. Tractus3D ontwikkelt momenteel met enkele partijen de eerste medische toepassingen, onder meer voor de dentale sector. Maar ook PEEK-producten uit de machinebouw worden al gemaakt. De aanschafprijs is met € 6.000 laag.

Internationaal maar Nederlands

Het team in Ammerzoden richt zich op de internationale markt, maar wil een Nederlands bedrijf blijven, benadrukt Ben Schilperoort. De technologie roadmap ligt al klaar. In de toekomst wil men bijvoorbeeld de snelheid waarmee de printkop over het product beweegt - een van de factoren die de opbouwsnelheid bepalen - fors verhogen, een uitdaging waar het concept van een deltaprinter zich goed voor leent. Ook denkt men de nauwkeurigheid nog te kunnen verbeteren. En zal het aantal materialen continu blijven toenemen; met name wordt er gewerkt aan het printen van speciale materialen. En waar staat Tractus3D over vijf jaar? “Bij de blijvers in deze industrie”, zegt Ben Schilperoort. www.tractus3d.com

Tractus3D onderscheidt zich in de overvolle FDM-markt onder andere met de T650 RTP, die geschikt is voor PEEK en Ultem.

42

print magazine november 2016


Saxion 3D print continue vezels Saxion heeft samen met Roessingh Revalidatie Techniek een prototype ontwikkeld van een lichtgewicht prothese van thermoplastische composieten. Naast 3D scantechnologie hebben ze ook 3D printen van kunststoffen met continue vezels ingezet. Deze 3D printtechnologie is aan Saxion ontwikkeld. “De prothese is de eerste toepassing”, legt Thomas de Bruijn uit, onderzoeker Lichtgewicht Construeren van het lectoraat. De prothese werd geprint met een thermoplast met continue vezel. Dit is een materiaal dat vooral in de luchtvaartindustrie en de automobielindustrie wordt gebruikt. Deze sectoren gebruiken voor het verwerken van deze thermoplastische tapes zogenaamde tapeplacement installaties. Thomas de Buijn: “Wij hebben dat concept gekoppeld aan de 3D printtechniek. Zo hebben we een eigen printtechnologie ontwikkeld voor thermoplasten.” Deze kunnen gevuld zijn met lange glas- of koolstofvezels. Testen van de 3D geprinte prothese wijzen uit dat de mechanische eigenschappen net zo goed zijn als die van een prothese die met de huidige werkwijze wordt gemaakt. “Met dit project laten Saxion en Roessingh zien dat het 3D printen van thermoplatische composieten tegen betaalbare kosten mogelijk is”, zegt de onderzoeker. Dat opent perspectieven voor nieuwe toepassingen van dit lichtgewicht materiaal. Tot nog toe wordt het namelijk vooral in high tech sectoren toegepast vanwege de hoge verwerkingskosten. De printtechnologie vraagt wel nog verder onderzoek voordat ze in de dagelijkse praktijk toegepast kan worden. Daartoe wil men een robot inzetten. Dat heeft als voordeel dat ook in de Z-richting geprint kan worden. De vezels

kunnen dan zodanig worden gepositioneerd dat de prothese, of een ander product, lokaal verstevigd kan worden in de richting van de belasting. In het 3D-Comp project zijn in totaal 7 cases uitgewerkt. Naast de prothese hebben die onder andere betrekking op het versterken van een spuitgietproduct, een brace, het versterken van een fietsframe. https://www.saxion.nl/designentechnologie/site/onderzoek/ onderzoeksprojecten/3dcomp/

Additive Manufacturing De absolute top op het gebied van additive manufacturing

Betrouwbaar en toonaangevend

› › › ›

Automotive,- lucht- en ruimtevaartindustrie Gereedschappen en machinebouw Medische / tandtechnische toepassingen Lifestyle producten en prototypes

Meer weten?

Bender A.M. b.v.

T +31 (0)318 550 200

Neem voor meer informatie over Additive Manufacturing

Plesmanstraat 32

E info@bendertechniek.nl

contact met ons op. Wij zijn u graag van dienst!

NL 3905 KZ Veenendaal

I www.benderam.nl

print magazine november 2016

43


ACAM ziet komend decennium vooral behoefte aan combinatie van technologieën

Digital twins de basis voor succesvolle hybride processen Digital twins: dat is het model dat men bij Aachen Center for Additive Manufacturing voor ogen heeft als het gaat om de inbedding van 3D printen in bestaande maakprocessen. “Digitalisering is de belangrijkste factor die additief en conventioneel produceren bijeen brengt”, zegt Kristian Arntz van ACAM. Want het ene kan niet zonder het andere.

Kristian Arntz, mede-directeur van het ACAM, ziet 3D printen opschuiven richting de productie-afdelingen. Zelfs in de automobielindustrie, waar modelvarianten groter worden en series daardoor kleiner. De kosten van de supply chain moeten dan wel omlaag, want anders kunnen de fabrikanten geen hoogwaardigere en complexere onderdelen maken tegen lagere kosten dan voorheen. “Additive manufacturing kan helpen dit op te lossen”, zegt Arntz, die er in één adem aan toevoegt dat additive manufacturing niet een oplossing biedt voor alle uitdagingen in de maakindustrie. Onder de streep zien ze in Aken weliswaar veel potentieel voor additive manufacturing, maar in vergelijking met bijvoorbeeld freesmachines, blijft het absolute marktvolume laag.

Combinatie van technieken

De ACAM-onderzoekers geloven vooral in een combinatie van technologieën. Als je AM koppelt aan de juiste conventionele bewerkingstechnieken, ontstaan er kansen om zowel horizontale als verticale waardeketens opnieuw in te richten. Om efficiency te verbeteren. Het lastige hierbij is echter dat elke productietechnologie zijn eigen manier van ontwerpen heeft, soms zelfs zijn eigen bestandsformaat. Dat maakt het lastig als je AM wilt integreren in een bestaande procesketen. Digital twins zijn daarom volgens ACAM de oplosing. Kristian Arntz: “Alle productieen designdata slaan we op in de cloud, de digitale tweeling. Deze data blijven in het volledige productieproces beschikbaar.” In Aken voegen ze aan de 3D data zelfs nog een vierde dimensie toe, namelijk de tijd. Daarmee kun je de datasets zelfs gedurende de levenscyclus van een product blijven gebruiken, bijvoorbeeld voor reparatiewerk.

Reparatie turbinebladen

Kristian Arntz tijdens de 3D Design and Engineering Conference in Eindhoven.

44

Een concreet voorbeeld is de productie en het onderhoud van turbinebladen voor vliegtuigmotoren of energiecentrales. Met LMD-technologie (laser deposition) worden deze snel opgebouwd; daarna worden ze nauwkeurig afgewerkt op een freesmachine. “Dankzij LMD kunnen we efficiënt omgaan met grondstoffen en snel een turbineblad opbouwen omdat we ons niet druk hoeven te maken over de nauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit”, legt Arntz uit. Dankzij de digitale tweeling kan het onderdeel in enkele stappen voorbereid worden op de verspanende nabewerking. De opspanning is bijvoorbeeld al ontwikkeld op basis van het digitale evenbeeld; evenals het NC programma voor de freesmachine. Het Fraunhofer IPT en ILT, twee van de founding fathers van ACAM, gaan zelfs nog een stap verder door een adaptief proces te ontwikkelen om het turbineblad bij een eventuele

print magazine november 2016


beschadiging snel te herstellen, opnieuw gebruik makend van de digital twin in de cloud. Daarvoor ontwikkelt men een functiegebaseerd softwareplatform voor het CAx framework.

Hybride

Kristian Arntz: “De komende tien jaar moeten we niet rekenen met 3D printen oppervlaktekwaliteiten te halen die we nodig hebben. De kracht is daarom dat we meerdere technieken samen gebruiken.” In een van de onderzoeksprojecten in Aken wordt momenteel een beslismodel ontwikkeld om snel te kunnen zien welke technologieën voor een bepaald onderdeel het meest geschikt zijn en bij elkaar passen. Hierin worden ook aspecten als opspanningen meegenomen. Door de combinatie wordt additief produceren

Digital twins, complete datasets in de cloud, vormen volgens ACAM de basis voor een succesvolle combinatie van additive manufacturing met een traditionele productietechniek. Concreet wordt dit uitgewerkt voor turbinebladen.

opeens wel concurrerend. “Connected en adaptief, dat is de slimme procesketen”, zegt Kristian Arntz.

acam.rwth-campus.com 3ddeconference.com

Siemens en Fraunhofer ILT: hybride proces turbinebladen Het Fraunhofer ILT heeft samen met Siemens voor de productie van geometrisch complexe turbinebladen voor energiecentrales een hybrideproces ontwikkeld. Het platform en het blad zelf worden gescheiden van elkaar geproduceerd en dan aan elkaar gesoldeerd. Dit proces opent ook nieuwe mogelijkheden voor andere componenten die te groot zijn voor AM poederbedtechnologie. Omdat de temperaturen in de turbines van de energiecentrales oplopen tot 1500 graden C, worden de bladen gemaakt van superlegeringen. Daar zit een pijnpunt, want niet alleen zijn deze testdelen erg duur, de doorlooptijd ervan bedraagt maanden. Daardoor moeten de engineers in het Clean Energy Center van Siemens het aantal testen beperken, terwijl juist een voordeel van additive manufacturing is dat een nieuw design heel snel kan worden omgezet in een tastbaar metalen product. Met het nieuwe proces kunnen de testonderdelen goedkoper en sneller worden gemaakt omdat ze modulair worden opgebouwd. Door bijvoorbeeld inwendige koelkanalen mee te printen, kan de thermische belasting

print magazine november 2016

van de schoepen gereduceerd worden daardoor uiteindelijk de efficiency van de energiecentrale verbetert. Hiervoor gebruikt men poederbedtechnologie vanwege de nauwkeurigheid en de goede oppervlaktekwaliteit. Deze 3D geprinte onderdelen worden op de gegoten basis gesoldeerd en kunnen dan in de testcentrale van Siemens ingebouwd worden. Het hybrideproces gebruikt dus alleen additive manufacturing waar dit nodig is, bij de complexe geometrie van de turbinebladen. Door de technieken te combineren, versnelt men de productie en omzeilt men de beperkte afmetingen van de huidige poederbedmachines. Volgens het Fraunhofer ILT biedt dit tweetraps proces ook perspectief voor

Deze testdelen voor het Clean Energy Center van Siemens komen in een hybrideproces tot stand. Enkel het onderdeel waar 3D printen waarde toevoegt, wordt additief gemaakt.

andere componenten. Zo is het denkbaar om giet- en 3D geprinte onderdelen aan elkaar te solderen. Alleen waar de complexiteit om additive manufacturing vraagt, wordt dit ingezet; de rest van het onderdeel wordt dan conventioneel vervaardigd.

45


Hexagon en Yxlon zien toepassing CT-technologie breder dan alleen voor inspectie van AM-delen

Computertomografie als basis voor procesbewaking Meettechnologie is in additive manufacturing een nog redelijk onontgonnen terrein. Hoe toon je aan dat hetgeen uit de 3D printer komt, voldoet aan de specificaties die vooraf zijn gedefinieerd, met name wat betreft interne structuren? En kan het meten uitgroeien tot procesbewaking?

Geometrische maten van 3D geprinte metalen componenten kun je eenvoudig meten. De traditionele coördinatenmeetmachine is hier absoluut geschikt voor, afgezien dat additive manufacturing onderdelen soms omslachtige opspanningen vereisen. De meerwaarde van additive manufacturing zit echter niet zelden verborgen achter de zichtbare wanden van het product: complexe interne structuren. Daar kan CT (computertomografie) uitkomst bij bieden. Een jaar geleden heeft Hexagon aangekondigd samen te gaan werken met Yxlon International, een fabrikant van CT-scanners. Jonathan O’Hare, bij Hexagon Manufacturing Intelligence wereldwijd programmamanager CT-technologie: “We zien in de markt de behoefte aan nauwkeurig meten op basis van CT data. Ons doel is om objectieve meetresultaten te leveren waarop de industrie kan vertrouwen. Door samen te werken met Yxlon zijn we beter in staat om onze 3D inspectiesoftware te integreren in de hardware.”

Meetdata CT-scan valideren

Bestaande meettechnieken voldoen zeker bij additive manufacturing niet meer aan datgene dat de markt vraagt. CMM’s meten alleen de geometrie. Optische systemen zijn onvoldoende om interne structuren te meten. Bovendien vergen deze klassieke meettechnieken de nodige voorbereiding, zowel wat betreft het opspannen van het onderdeel als het schrijven van het programma alsook het samenstellen van de meettasters. Jonathan O’Hare heeft meerdere vergelijkingen gemaakt: afgezien van het schrijven van het meetprogramma, vergt het meten met een optische taster - als dat al kan - 3 tot 4 minuten per cilinder. “Met computertomografie meten we 100 cilinders in 45 minuten.” O’Hare verwacht dat CT vaker toegepast gaat worden. De uitdaging is hoe je de meetdata verifieert. Anders gezegd: hoe toon je aan dat hetgeen gezien wordt overeenstemt met de werkelijkheid. Hexagon Manufacturing Intelligence

Ontwikkeling micro CT

Na een nauwkeurige analyse van de CT data blijkt het gat niet volledig rond te zijn. Deze gegevens zullen in de toekomst in het designproces al gebruikt kunnen worden.

46

Micro computer tomografie heeft zich de laatste jaren zodanig ontwikkeld dat de techniek geschikt wordt voor toepassingen in additive manufacturing, zegt Dirk Steiner van Yxlon, de partner van Hexagon op dit vlak. De focus is verbeterd, evenals de resolutie en de thermische stabiliteit. Ook de procestijd is duidelijk korter geworden. Yxlon legt in de CT scanners de nadruk op het gebruiksgemak, zo worden er bijvoorbeeld camera’s ingebouwd zodat tijdens een meting eenvoudig ingezoomd kan worden op een specifiek deel van het product. Steiner en O’Hare geloven dat de komende jaren de meeste beperkingen overwonnen zullen worden en dat zowel de line beam als cone beam meettechniek uit computertomografie bruikbaar worden voor inspectiedoeleinden in de AM-industrie. Met een line beam scanner meet je sectie voor sectie; een cone beam scanner meet het totale product in één keer.

print magazine november 2016


om het proces te bewaken.

Koppeling CAM software

Hexagon MI combineert bewezen CMM meettechnologie met CT data voor het nauwkeurig meten van AM delen.

gebruikt hiervoor de klassieke CMM, waarmee het meetproces van de CTscan wordt gevalideerd. Daarvoor hebben we de binnen- en buitenzijde van cilinderholtes gemeten met CMM en deze uitkomsten vergeleken met verschillende calculatiemethoden van de CT-scanner. De ISO standaard (CT mesh) correleert niet met de CMM. De afwijking van een oppervlaktemeting kan tot 36 micron oplopen, De nieuwe CT Auto-Adaptivemethode wel. Deze methode bepaalt een nauwkeuriger oppervlaktepunt door een lokaal ankerpunt te zoeken. Dat onderscheidt de VOXL Gateway software. De meeste softwarepakketten meten op de mesh. Typisch vindt er een extractie plaats vanaf één punt, maar in werkelijkheid varieert dit punt voor de verschillende meetpunten op het oppervlak. Daardoor ontstaan afwijkingen als je een dimensionale meting probeert af te leiden van CT data. Bij de methode van Hexagon en Yxlon bedraagt de gevonden afwijking

print magazine november 2016

tussen de twee technieken slechts 4 micron.

Procesbewaking

De software die Hexagon ontwikkelt, VOXL Gateway. De software maakt het mogelijk om met bewezen CMM software nauwkeurig het oppervlak te meten, gebruik makend van tomografiedata. Deze software is er momenteel enkel nog in een betaversie. Met deze software worden de voxeldata van de CT-meting ingelezen, waarna je ermee kunt werken net als bij de traditionele CMM machine. Nu kunnen alle in- en uitwendige oppervlaktedata van een product in één meting worden verkregen. Dat verhoogt niet alleen de snelheid en kwaliteit van de single part inspectie. In de toekomst, zo verwacht Johathan O’Hare, zal Hexagon ook bij additive manufacturing toewerken naar een closed loopsysteem. Op dat moment gaat meettechnologie niet meer om het inspecteren van één onderdeel, maar wordt meettechnologie een instrument

De stap daarna, zo schetst Jonathan O’Hare, is de koppeling naar de CADprogramma’s. “Belangrijk is niet alleen achteraf vaststellen dat je goed geprint hebt, maar ook weten hoe je moet printen.” De software adviseert hoe het onderdeel in de ruimte te oriënteren. “Dat zal de volgende stap zijn, deze kennis inbouwen in de designtools zodat deze kennis input wordt voor het ontwerp.” Hij gaf tijdens HxGN Live in het Amerikaanse Anaheim al een voorproefje van wat mogelijk is als je meetdata gaat gebruiken om het zowel het 3D print- als designproces te verbeteren. Uit metingen van cilindrische holtes in een AM-testdeel blijkt dat als je het laservermogen op 50 tot 75% instelt, de wanddikte van AMdelen het meest nauwkeurig is. Bij het 3D printen van koelkanalen speelt de oriëntatie een essentiële rol. Een hoek van 45 graden of meer, draagt bij aan een hogere rondheidnauwkeurigheid. Dergelijke inzichten kunnen, benadrukt Jonathan O’Hare, alleen met CTscantechnologie verkregen worden. Hiermee kan in de toekomst de validatie van een AM-deel al tijdens het designproces worden gedaan, voordat het onderdeel op de 3D metaalprinter in productie gaat. www.hexagonmi.com

Het te meten onderdeel wordt ingedeeld in secties.

47


Drie Brainportbedrijven starten industrialisatiefase 3D metaalprinten

Van AddLab naar AddFab KMWE, Machinefabriek De Valk en NTS-Group hebben de stap gezet van AddLab naar AddFab. De drie maakbedrijven in de Brainport Regio hebben gezamenlijk een 3D printbedrijf opgericht. Hierin ligt de nadruk vooral op de industrialisatie van additive manufacturing. Zelf zijn de bedrijven overtuigd van de mogelijkheden; nu nog de markt mee krijgen.

De drie bedrijven achter AddFab hebben elkaar de voorbije jaren goed leren kennen in AddLab. Binnen dit initiatief van Additive Industries hebben ze samen kennis opgedaan van 3D metaalprinten. Die stap heeft hen veel meerwaarde opgeleverd. “We hebben vooral geleerd, ook van elkaar”, zegt John Hagelaars van Machinefabriek De Valk. Want 3D metaalprinten is niet gemakkelijk, durft hij nu wel te zeggen. Sterker, het is lastiger dan hij aanvankelijk had ingeschat.

Méér dan alleen een 3D printer

3D metaalprinten vergt niet alleen machines, maar vooral ook inzicht in hoe je engineert voor additive manufacturing (AM) en materiaalkennis om het totale proces te beheersen. Ook Arno Gramsma van KMWE denkt dat het delen van kennis

de leercurve van alle bedrijven heeft versneld. “Het was opvallend hoe open we hebben samengewerkt. Daar hebben we de steile leercurve aan te danken.” In de drie jaren dat het Eindhovense AddLab heeft bestaan, hebben de partners veel producten naar een hoger niveau kunnen brengen, zegt Jeroen Jonkers, de AM design specialist van NTS-Group. Alle drie deze bedrijven zien kansen om 3D metaalprinten in te passen in hun businessmodellen. Wat er echter nog niet is, is de markt. “We moeten onze klanten er steeds op wijzen dat draai- en freeswerk niet de enige optie is”, zegt John Hagelaars. “Dit blijkt lastig, want ook al zijn er goede concepten, dan twijfelen de OEM’s vaak toch nog.” De markt voor high tech toeleveranciers is nog niet zover als ze graag zouden willen. De industrialisatiefase van worldclass geprinte producten staat duidelijk pas in de kinderschoenen.

Bewustzijn groeit

Machinefabriek De Valk is een pure toeleverancier van componenten. NTS-Group heeft het in dat opzicht makkelijker. De system supplier zit veel eerder bij opdrachtgevers aan tafel en heeft daar de kans om een businesscase rond 3D printen op te bouwen. Jeroen Jonkers merkt dat bij de NTS-engineers het bewustzijn rond 3D printen groeit. “Er ontstaan cases. Ik zie onder andere dat er in de ontwikkelfase sneller een FDM printer wordt ingezet.” NTS heeft ondertussen de eerste cases waarbij de metaalprint technologie succesvol is ingezet. “Maar we moeten zowel de interne als externe klanten mee op weg helpen.” Ook Arno Gramsma, die vanuit KMWE veel bezig is met business ontwikkeling voor additive manufacturing, merkt dat de echte markt nog moet ontstaan. “We moeten nog veel ballen hoog houden.”

3D printfabriek op Strijp

Van links naar rechts Jeroen Jonkers (NTS-Group), John Hagelaars (Machinefabriek De Valk) en Arno Gramsma (KMWE); AddFab moet 3D metaalprinten industrialiseren.

48

Daarom hebben KMWE, Machinefabriek De Valk en NTS besloten gezamenlijk AddFab op te richten. Het nieuwe bedrijf neemt de metaalprinters van AddLab over en heeft de intrek genomen op Strijp T, in een voormalige Philipsfabriek in hartje Eindhoven. De belangrijkste opdracht die AddFab van zijn aandeelhouders meekrijgt, is zorgen voor industrialisatie van additive manufacturing waarbij kwaliteitsmanagement één

print magazine november 2016


Enkele producten die in de loop van drie jaar zijn ontwikkeld en geprint door de bedrijven die nu samen verder gaan in AddFab.

van de belangrijke speerpunten is. In de high tech industrie waarin de drie bedrijven actief zijn, kom je er niet als je de kwaliteit- en procesbeheersing niet aantoont. Daarnaast is het van belang om industriële toepassingen te ontwikkelen die als voorbeeld dienen. Voor Jeroen Jonkers liggen deze taken dicht bij elkaar. “We hebben inmiddels ervaring met een grote diversiteit aan producten en zien dat er veel mogelijk is, maar voor de ontwikkeling van kritische applicaties is proceskennis heel belangrijk.”

Engineer moet vanaf nul herbeginnen

Dat wordt nogal eens onderschat. Engineering moet eigenlijk helemaal opnieuw beginnen. 3D metaalprinten, zo hebben de drie de afgelopen jaren geleerd, is een andere discipline dan frezen en draaien. Arno Gramsma: “Je beïnvloedt de materiaaleigenschappen doordat je voortdurend smelt en weer afkoelt. In hoeverre houdt een engineer daar rekening mee? Daar kunnen we opdrachtgevers bij ondersteunen met onze ervaring.” Of neem de nabewerking, een onderwerp waar John Hagelaars zich regelmatig over gebogen heeft. Als je een 3D geprint werkstuk met interne structuren gaat frezen, moet je wel weten wat de belasting door de frees betekent voor je werkstuk. Bovendien, voegt Jeroen Jonkers nog een derde

print magazine november 2016

punt toe: engineers moeten leren heel anders om te gaan met een thema als oppervlaktenauwkeurigheid. “We zullen er aan moeten wennen dat het oppervlak van geprinte werkstukken er vaak anders uit zal zien. We moeten terug naar de basis, naar de functie van een design. Wat is echt nodig?”

Arno Gramsma geeft aan dat er behoefte is aan goede voorbeelden die anderen inspireren en de betekenis van 3D printen bewijzen. De meerwaarde kan heel uiteenlopend zijn. Jeroen Jonkers geeft een voorbeeld uit de eigen praktijk van NTS. Een complex werkstuk moest voorheen gefreesd en gedraadvonkt worden. Vanwege de complexiteit van het stuk was er echter veel afkeur. “We hebben een nieuw ontwerp gemaakt op basis van functionaliteit die het product moet hebben. Dat kunnen we nu 3D printen.” De bewerking is hierdoor veel minder complex, de afkeur is minder. Een ander voorbeeld is een complex afstelmechanische (4 DOF), dat nu als monolithisch deel uit de printer komt. “Deze techniek dwingt je terug te gaan naar de basis van een functie.”

omhoog gaan”, verwacht Arno Gramsma. Hij denkt dat de samenwerking nog hechter gaat worden. De komende drie jaar zal vooral in het teken staan van het ontwikkelen van goede toepassingen en het voorzichtig opstarten van productie. In dat laatste zit namelijk nog een verschil tussen de klassieke frees- en draaimarkt en de 3D printmarkt. “Als we een nieuwe freesmachine kopen, hebben we die meteen voor 70 procent bezet. Bij additive manufacturing is dat niet zo.” Toch gelooft ook John Hagelaars dat de markt er komt. Soms is hij jaloers op de snelheid waarmee bijvoorbeeld de Duitse maakindustrie het thema 3D metaalprinten omarmt. “Additive manufacturing vervangt momenteel nog niks van het reguliere werk bij ons. Maar je moet over de toekomst nadenken.” Dat vindt ook Arno Gramsma. Tussen AddLab en die fase waarin de 3D printer als een frees- of draaimachine wordt gebruikt, zit de belangrijke industrialisatiefase. Met AddFab wordt echter nu een belangrijke stap richting commercialisatie van metaalprinten in de Brainport Regio gezet. Vandaar de naam AddFab. Het gaat om fabrication. Het lab ligt achter ons.

Tempo industrialisatie opvoeren

www.addfab.nl

Praktijkcase van NTS

De drie bedrijven uit de Brainport Regio gaan in AddFab aan de slag om de industrialisatieslag te maken. “Omdat we nu met zijn drieën zijn, zal het tempo

49


Ken de beperkingen van 3D metaalprinten De simplistische uitleg van 3D printen in mainstream media zorgt voor overdreven verwachtingen en dito teleurstellingen. Ook bij metaalprinten. De mogelijkheden zijn groot. De beperkingen mag je evenwel niet negeren. Vroeg in het engineeringproces moet je het ontwerp afstemmen op wat mogelijk is en wat niet, schrijft Rein van der Mast, tot 1 september manager Design & Engineering bij Additive Industries. 3D metaalprinten kent niet alleen mogelijkheden, maar ook beperkingen. De nauwkeurigheid, dichtheid en oppervlaktekwaliteit zijn bij 3D printen in metaal lang niet zo hoog als bij veel conventionele vervaardigingstechnieken. Dat hoeft niet erg te zijn, als je er in het ontwerp maar rekening mee houdt. Bovendien is het mogelijk de beperkingen van het 3D metaalprinten deels te omzeilen door het ontwerp nadrukkelijk erop af te stemmen.

AM paradigma

Het metaalprinten kent verder nogal wat haken en ogen. Als je optimaliseert naar de dichtheid, gaat dat al snel ten koste van de positienauwkeurigheid en mate waarin details tot hun recht komen. Minder ondersteunende structuren resulteren in minder printtijd, minder afval, minder poeder dat achter blijft en verloren gaat en niet in de laatste plaats minder werk om het werkstuk en de ondersteuning van elkaar te scheiden. Daar staat tegenover dat meer support structures het werkstuk bij het printen beter op zijn plaats houden. En door spanningsarm te gloeien voordat het werkstuk wordt losgenomen, is de vorm uiteindelijk beter te krijgen. Meer dan bij conventionele vervaardigingstechnieken het geval is, dient de ontwerper zich op zijn minst bewust te zijn van alle aspecten op het vlak van de werkvoorbereiding. Bij het 3D metaalprinten gaat het vooral om werkstukoriĂŤntatie, support structures en de wijze waarop de laser iedere laag beschrijft. Denk bij het laatste aan snelheid, vermogen, afstand tussen de lijnen, verdeling in gebieden met verschillende printvoorkeuren, het al dan niet schrijven van contouren. De onderlinge afhankelijkheid van de variabelen die een rol spelen heb ik het AM Paradigma gedoopt. Een stelstel van zaken die elkaar beĂŻnvloeden, gewild en - helaas vaker - ongewild. Draai je aan de ene knop, dan draaien andere knoppen vaak onbedoeld mee, de verkeerde kant op. 3D printen moet je

50

Een dwarsdoorsnede van de warmtewisselaar die de bedrijven bij Addlab hebben ontwikkeld en geprint. (Foto: Addlab)

daarom zien als complementaire vervaardigingstechniek, naast de conventionele vervaardigingsoplossingen. En vaak vallen ze goed te combineren.

Invloed temperatuur

Het poederbed metaalprinten is lang niet zo simpel als het printen in bijvoorbeeld PA12. Dat komt vooral doordat de temperatuurverschillen in de bouwkamer groot zijn. Op een snel voortbewegend plekje, waar de laser het poederbed raakt, is het zo warm dat het poeder er vloeit, terwijl het omliggende gebied aanzienlijk koeler is. Dat heeft twee redenen. Ten eerste zouden de kristallen in het metaal veel te ver doorgroeien als de temperatuur van het werkstuk net onder het smeltpunt zou worden gehouden. Dat zou afbreuk doen aan de mechanische eigenschappen. Daarnaast zou dit een veel complexere en dus duurdere machine vergen dan de huidige machines, die toch al snel honderdduizenden euro’s kosten.

Lattices

Ook digitaal is 3D printen geen sinecure. Voor de pennendoos van mijn 3D geprinte vulpen heb ik destijds via laser sintering in PA12 een roggehuid geprint. Daarvoor ben ik uitgegaan van

print magazine november 2016


Wie is Rein van der Mast? een foto van een stuk roggehuid die ik vertaald heb naar een naadloos aaneen te zetten patroon. Zwart stond voor 0,4 mm onder het nominale oppervlak, wit deed niets, en grijstinten iets er tussenin. Door die informatie bij het genereren van de printfile in 3-matic van Materialise te verenigen met de vorminformatie van het werkstuk, zijn deze data in CAD overbodig. Dat scheelt heel veel data. Eenzelfde benadering bestaat nu met lattices. Lattices of fijne, sponsachtige, ruimtelijke structuren worden steeds populairder. Als je een lattice definieert als een netwerk van rechte lijnen, waarbij je aangeeft wat de diameter is aan het begin en aan het einde van iedere lijn, en die informatie pas ruimtelijk maakt bij het genereren van de printfile, kun je de hoeveelheid data beperken.

Nieuwe generatie engineers

In de masterclass die ik regelmatig verzorg, confronteer ik de deelnemers met welke functionaliteit zoal te integreren valt. Ik probeer het 3D printen te verbinden met de eigen omgeving, want vaak wordt dat verband niet gelegd. Tegen constructeurs die al wat langer meegaan, zeg ik: maak je los van de technieken waar je je zeker bij voelt. Ga de uitdaging aan. Soms denk ik dat de doorbraak in toepassingen pas loskomt met een nieuwe generatie ontwerpers. Jongens en meisjes die al in hun jeugd een 3D printertje binnen handbereik hadden. We staan sowieso nog maar aan het begin. In combinatie met conventionele technieken, toenemende personalisatie en nieuwe bedrijfsmodellen is er heel veel meer mogelijk. Mits je je bewust bent van de beperkingen en daar in het ontwerp op ageert. Vraag je pas als het ontwerp klaar is of men gaat frezen en printen, dan vraag je om teleurstelling. Rein van der Mast

print magazine november 2016

Rein van der Mast heeft als manager Design & Engineering gewerkt bij Additive Industries. Daar is hij betrokken geweest bij de ontwikkeling van de Metalfab1. Rein is echter vooral met de deelnemers aan Addlab (zie pagina 48) aan de slag gegaan met industrieel 3D poederbed metaalprinten. Hij volgt additive manufacturing al zo’n 20 jaar, vanaf de tijd dat nog over time compression technologies (TCT) werd gesproken. Zijn eerste ervaring met het 3D printen deed hij op bij een kleine producent van consumentenproducten. “Ik voerde er 3D CAD in en ging prototypes printen. Daarmee vielen meer iteraties te maken, met meer tussentijdse terugkoppeling als gevolg en een verminderd risico dat bij productontwikkeling altijd bestaat.” Hoewel minder snel dan hij verwachtte, is de belangstelling voor 3D printen inmiddels sterk toegenomen. “Opeens wisten zelfs omaatjes, die zo’n ding bij de Bijenkorf zagen staan, te vertellen wat 3D printen is. De media had het opgepakt, maar iedere nuance ontbrak, waardoor niet alleen de bekendheid toenam, maar ook onrealistische verwachtingen werden gewekt.” In 2013 bracht hij ’s werelds eerste 3D geprinte vulpen uit. De pen was geprint in titanium, de pennendoos in PA12. Met zijn pen stond hij in 2013 op RapidPro. Daar kwamen ook de oprichters van Additive Industries. “Zij realiseerden zich dat het ontwerpen van efficiënt in metaal te printen voorwerpen een specialisme is.” Voor Rein van der Mast is de 3D geprinte vulpen een proof of concept van wat mogelijk is met additive manufacturing. De vulpen bevat alles waar deze techniek om gaat: functie-integratie, voorkomen van kostbare assemblage, customization.

De pen illustreert ook de complexiteit van additive manufacturing, zeker als het om 3D metaalprinten gaat. Binnenkort brengt hij een nieuwe 3D geprinte vulpen uit. Rein wil graag een 3D print Wiki opzetten: studenten, onder leiding van een redactie, vullen de inhoud continu aan, verdienen daarmee studiepunten en verdiepen zich in een van de vele onderwerpen die met het 3D printen te maken hebben. En geef het bedrijfsleven toegang in ruil voor een abonnement. www.solide-tct.nl

51


Met 3D printen en digitale workflow industrialiseert Dentsply Implants de productie

In een jaar van volledig CNC-frezen naar hybrideproces Additive manufacturing kan een disruptieve technologie zijn, omdat ze perfect past in volledig gedigitaliseerde supply chains én omdat mass customization mogelijk wordt. Dentsply Implants in Hasselt is dankzij digitalisering en additive manufacturing bezig de volledige waardeketen voor dentale restauraties op implantaten te veranderen. De verspanende techniek blijft onmisbaar. Maar er worden minder spanen gemaakt.

Dentsply Implants heeft in iets meer dan een jaar tijd het productieproces voor draagstructuren voor tandimplantaten omgezet van 100 procent CNC-frezen naar een hybrideproces: 3D metaalprinten in combinatie met frezen. Jo Massoels, business unit manager, geeft toe dat het bedrijf een vliegende start heeft kunnen maken door de complete dentale technologie en know how van Renishaw over te nemen en begin 2015 te implementeren in de productie in Hasselt. Vijf maanden later konden de eerste 3D geprinte draagstructuren in cobaltchroom uitgeleverd worden. Inmiddels is er - sneller dan verwacht een tweede 3D metaalprinter van Renishaw gekocht en start de productie van titanium producten. Tegen het einde van het jaar zal 80% van 15.000 producten die Dentsply Implants in Hasselt elk jaar maakt, 3D geprint worden.

Kritisch punt: van print naar freesmachine

Daarmee weet het bedrijf niet alleen een kwaliteitsslag te maken, maar ook de kosten te verlagen. Jo Massoels: “Bij 1 build per dag zijn we al goedkoper uit dan alles te frezen. Ondanks het dure poeder halen we een substantiële kostenbesparing bij de huidige bezetting.” AM-machines vergen weliswaar een hoge investering, nauwkeurige CNC-bewerkingscentra zijn evenmin goedkoop. Waar het in de businesscase om gaat, vindt Massoels, is hoeveel freescapaciteit er vrij komt als je near net shape gaat 3D printen. “Door te investeren in één 3D metaalprinter konden we onze freescapaciteit verdrievoudigen.” Deze freescapaciteit is zelfs de directe aanleiding geweest om over te stappen op 3D printen: de capaciteit zat aan het maximum. Er zou dus opnieuw geïnvesteerd moeten worden in freesmachines. “Als je geen capaciteitsprobleem hebt, kan de 3D print businesscase lastiger zijn.”

52

In Hasselt worden de CAD-modellen en CAM-programma’s gemaakt die digitaal teruggaan naar de tandarts voor akkoord, voordat ze 3D geprint of gefreesd worden. Door de workflow te digitaliseren, werkt Dentsply Implants papierloos.

Hybrideproces

Het Vlaamse bedrijf past een hybrideproces toe: de 3D geprinte producten worden nog steeds op een CNC-machine nabewerkt. Dat is noodzakelijk, omdat de toleranties op de punten waar de draagstructuur aan het implantaat vast zit micrometer precies zijn. De nauwkeurigheid van AM-machines is onvoldoende om deze micronauwkeurigheid te halen. De crux was een dusdanige oplossing te bedenken dat het opspandeel direct met de draagstructuur wordt meegeprint en zo nauwkeurig is dat de freesmachine niet voor elk product opnieuw uitgericht hoeft te worden. Daarin is Dentsply Implants geslaagd. Elke draagstructuur is voorzien van een opspandeel dat past op de speciale opspanning die voor de freesmachine is ontwikkeld. De operator hoeft na het loszagen van de structuur van de bouwplaat deze enkel in de klemming op de pallet te plaatsen en deze in het magazijn van de robotbediende CNC-freescel

print magazine november 2016


Mass customization: iedere draagstructuur is uniek, desondanks heeft Dentsply het proces geïndustrialiseerd en haalt het vervaardigen van tandimplantaten uit de ambachtelijke sfeer.

te plaatsen. De nabewerking verloopt daarna geautomatiseerd.

De impact van 3D printen

Zo’n verandering van verspanend produceren naar een hybrideproces heeft volgens Jo Massoels een behoorlijke impact gehad op het bedrijf, iets dat je niet moet onderschatten. “We zijn van een single flow proces naar een batch proces gegaan. In plaats van 1 structuur in 10 uur te frezen, 3D printen we er nu 20 in 12 uur.” De consequentie is niet alleen dat als er iets fout gaat tijdens het 3D printen je 20 producten moet weggooien; het betekent vooral dat 20 klanten niet op tijd beleverd kunnen worden als het verkeerd gaat in de productie. “Zoveel tijd om dat probleem op te lossen heb je niet”, aldus de Dentsply Implants manager. De doorlooptijd van 5 dagen is namelijk krap. Dit betekent gewoon dat je het proces heel stabiel moet hebben. Dentsply Implants haalt momenteel een leverbetrouwbaarheid voor alle producten van 99%. Daarin is ook het tweede 3D geprinte product opgenomen: de gepersonaliseerde boormallen. Deze worden met stereolithografie in een plastic resin gemaakt. Met deze boormal, aangepast aan de kaak van de patiënt, kan de tandarts risicoloos de gaten boren voor het plaatsen van implantaten. Levertijden zijn hier twee dagen.

print magazine november 2016

CADCAM proces

Net als de productie van de draagstructuren heeft Dentsply Implants ook de workflow voor de boormallen volledig gedigitaliseerd. Dit betekent dat de tandarts een 3D CAD-model ontvangt, gemaakt in Hasselt. Dit CAD-model komt tot stand ofwel op basis van een 3D gescand gipsmodel dat de tandarts maakt, of in de toekomst op basis van de data van een orale scan, een techniek die snel komt opzetten. De tandarts kan het CAD-model met door Dentsply Implant ontwikkelde software eenvoudig analyseren en dan akkoord geven. Het CAD-model wordt dan voor een belangrijk deel geautomatiseerd verwerkt met CAM-software voor de 3D printer. De specifieke CAM-programma’s voor de freesmachines worden nog steeds voor een deel manueel gemaakt door ervaren CAM-programmeurs. Dat gebeurt in Hasselt zowel voor de productie ter plekke alsook voor de freesafdelingen in de satellietfabrieken in Noord-Amerika en Japan. Jo Massoels: “De fysieke productie hebben we gedecentraliseerd. Dat verkort de shippingtime. Programmeren doen we vanuit hier waar we alle know how hebben gebundeld.” Omdat in Japan en de VS identieke freescellen staan, kan men vanuit Hasselt de productie bij noodgevallen eenvoudig verplaatsen naar een van de andere

fabrieken of omgekeerd. “We hebben een echt globaal productienetwerk”, zegt Massoels.

Geen push on the button

Dentsply Implants heeft van additive manufacturing in korte tijd een kerncompetentie gemaakt. Toch is het team in Hasselt zich bewust van de beperkingen van de technologie. 3D metaalprinten is nog steeds geen ‘push on the button’ techniek zoals CNC frezen is. Er is nog altijd veel handwerk, bijvoorbeeld het uitnemen van de bouwplaat, het nabewerken. Ook duurt het zeker een half jaar voordat je het proces voor een nieuw materiaal voldoende onder de knie hebt. Het wisselen van materiaal noemt hij echt een minpunt: “Je kunt niet zomaar van materiaal wisselen. Dat gaat bij 3D printen nog lastiger dan bij frezen.” Toch gelooft Jo Massoels in de toekomst van deze techniek voor de dentale sector. “We zullen nog lange tijd traditionele technieken inzetten voor hoog volume producten. Maar voor middelgrote series, producten met veel variaties en mass customization wordt additive manufacturing interessant.”

53


Agenda Formnext De 2e editie van Formnext in Frankfurt is al enkele maanden voor de beurs uitverkocht. “Deze uitstekende ontwikkeling toont aan dat we met Formnext 2016 precies de juiste snaar in de branche raken”, zo zegt Sacha F. Wenzler, groepsleider Formnext bij Messago Messe Frankfurt. De tweede editie bevestigt de positieve ontvangst verleden jaar. De beurs in Frankfurt weet zelfs nieuwe spelers aan te trekken, zoals een aantal traditionele machinebouwers die vorig jaar nog de kat uit de boom keken: DMG Mori dochter Sauer doet mee (Lasertec 65 3D), Hermle, Matsuura (verleden jaar wel aanwezig) en Hage. Alles bij elkaar resulteert dat in 261 exposanten (een groei van 20%) die samen 15.500 m2 afnemen.

Tweede editie Prototyping pakt uit met The Square Met The Square biedt Prototyping 2016 de bezoekers een kijkje in de toekomst. Op dit onderdeel van het prototyping event in Kortrijk vind je innovatieve materialen en machines rechtstreeks uit de R&D afdelingen van kennisinstellingen, multinationals, maar ook start ups. In een laboratoriumachtige omgeving maak je vandaag kennis met de innovaties die morgen wellicht op een beurs te zien zullen zijn. De eerste klap die Prototyping vorig jaar in Kortrijk Xpo uitdeelde, was méér dan een daalder waard. Met een vernieuwde opzet van de beursvloer, een compleet deelnemersveld aan exposanten en interessante extra’s zoals seminars, live demo’s et cetera wist het evenement de aandacht te trekken van veel professionals die met prototyping bezig zijn.

Kennis en beleving

15-18 november 2016

De tweede editie doet daar nog een schepje bovenop, zeggen Bart Grimonprez van Howest Industrial Design Center en Annick Pycarelle van Kortrijk Xpo.

“In het exposantenaanbod hebben we een felle nadruk gelegd om alle takken binnen prototyping en productontwerpen beter vertegenwoordigd te maken”, zegt Bart Grimonprez. Deze strategie wordt doorgetrokken in het seminarprogramma van beide dagen. Daarin presenteren bedrijven unieke verhalen van achter de R&D schermen. Aan bod komen presentaties over patentonderzoek, elektronica, productontwerp, software, product realisators voor kleine en grotere reeksen. Ook de meer voor de hand liggende technologieleveranciers op het gebied van 3D printen, frezen en andere materiaalbewerking komen aan bod. Prototyping is behalve een kennis evenement vooral ook een belevingsevent, zo licht Annick Pycarelle de andere kant van het concept toe. “Beleving op de beurs voor de bezoeker blijft van hoogste belang. Daarom voorzien we een aantal spots die verrassen: een projection mapping hoek, virtual studios (verzorgd door standhouders en partners van de beurs) en workshops waarbij klassiekere, hopelijk niet vergeten technieken worden getoond.”

Frankfurt (D)

www.formnext.de

3D Printing Materials Conference 2 februari 2017

4e Editie van deze conferentie over materialen voor 3D printen, op de Brightlands Chemelot Campus in Geleen. 3dprintingmaterialsconference.com

RapidPro

7, 8, 9 maart 2017 Veldhoven

www.rapidpro.nl

54

3D Medical Expo: hoe verandert 3D printen de zorg? De medische industrie en de zorgsector worden alom gezien als sectoren waarin 3D printen snel vaste groet aan de grond krijgt. 3D printen gaat deze sectoren wezenlijk veranderen, zowel qua zorg als logistieke supply chains. In januari 2017 vindt in het MECC in Maastricht de nieuwe editie plaats van 3D Medical Expo. De focus van dit 3D print evenement ligt volledig op de zorgsector. Niet alleen presenteren exposanten zoals Renishaw, SLM Solutions, GOM en anderen hun specifieke oplossingen voor de medische 3D print toepassingen. Het zijn ook de compacte, eendaagse conferenties die het evenement extra betekenis geven.

Deze conferenties zijn toegespitst op vier thema’s: • 3D Bioprinting op 31 januari, met meerdere buitenlandse experts die hun onderzoeksprojecten en resultaten presenteren • 3D Dentalprinting op 31 januari, gericht op de hele digitale keten in de dentale zorg. Van 3D scantechnologie tot gepersonaliseerde 3D printoplossingen • 3D Medtech Printing conference op 1 februari. In deze conferentie gaat het over 3D scannen, modelleren en printen van medical devices, zoals gehoorapparaten, chirurgische geleidingen en implantaten • 3D Medicine Printing conference op 1 februari. Hoe gaat 3D printen

print magazine november 2016


Kennisinstituten en industrie tonen waar hun onderzoekers aan werken The Square

Een van de blikvangers op Prototyping 2016 is The Square. Een nieuw element in het beursconcept. Er is een brede, internationale oproep gedaan naar onderzoeksinstellingen en bedrijven om te laten zien waar ze in hun R&D projecten mee bezig zijn. “We hebben ze gevraagd ontwikkelingen op prototypinggebied te tonen die we morgen of overmorgen mogen verwachten”, verduidelijkt Bart Grimonprez. Dat heeft veel respons opgeleverd, onder andere van Cardiff Metropolitan University, Polymaker, Picusled, Sirris, Luxexcel et cetera. The Square toont in een laboratoriumachtige setting een bonte mix van materialen, machines en processen die de beursbezoekers inspireren. Want het zijn zaken die pas over enkele jaren op de gewone beurzen te zien zijn. Ook Roland en Howest zelf doen mee aan The Square.

Live prototyping studios

In de Live Prototyping studios, een ander element van Prototyping 2016, gaat het om technieken die vandaag de dag al worden toegepast. Bezoekers kunnen opnieuw over

de schouders meekijken en zich mengen in workshops over lasersnijden, een Autodesk demo, werken met thermoharders en composieten, houtdraaien en lassen. Meer standhouders dan vorig jaar ondersteunen de workshops, die ze als showcase voor hun producten en machines zien. Nieuw zijn de virtual prototyping studios waarbij enkele partners een indrukwekkende demo tonen met de nieuwste technologieën. Daar hoort onder andere Virtual en Augmented Reality bij, dat dit jaar extra aandacht krijgt. De betaalbare hardware uit de entertainment sector begint zijn weg te vinden naar productontwikkeling. “Wij verwachten dat we pas aan het begin staan van de mogelijkheden te ontdekken”, besluit Bart Grimonprez. Aan Prototyping 2016 nemen dit jaar zo’n 85 bedrijven deel. Het event is op 9 november (13.00 - 20.00 uur) en 10 november (10.00 - 18.00 uur) in Kortrijk Xpo. Toegang is gratis na registratie via de website: www.prototypingxpo.com

Colofon print magazine 2016 Het 3D Print magazine voor de maakindustrie is een twee keer in print, vier keer digitaal per jaar verschijnende uitgave van Made-in-Europe.nu en 54U Media, uitgever in de metaal, over additive manufacturing in de maakindustrie. Dit magazine informeert over nieuwe ontwikkelingen in 3D printen, reikt praktische how to informatie aan en toont best practices. Het wil behalve informeren ook bijdragen aan de leercurve die bedrijven door moeten in de transitie naar deze nieuwe technologie, maar spreekt tevens ook de professional aan, die al meer ervaring heeft. Het magazine wordt verspreid onder maakbedrijven uit zowel de metaal- als kunststofverwerkende industrie en engineeringbureaus en productontwikkelaars. Het 3D Print magazine verschijnt naast de website, de nieuwsbrieven en de online digimagazines van Made-in-Europe. De oplage is 4.800 gedrukte exemplaren.

Redactie Franc Coenen (hoofdredacteur) Schuttersdreef 72 6181 DS Elsloo Tel: +31 46 4333123 Email: franc.coenen@3dprintmagazine.eu Uitgeverij 54U Media Postbus 2108 7302 EM Apeldoorn Prinsenweide 26 7317 BB Apeldoorn T: +31 (0) 55 360 10 60 F: +31 (0) 55 360 08 60 I: info@54umedia.nl E: www.54umedia.nl

54U Media

Advertentie-exploitatie Vincent Span T: +31 (0)55 360 62 27 M: +31 (0)6 511 93 408 E: v.span@54umedia.nl Harold Draaijer T: +31 (0)55 360 64 20 M: +31 (0)6 51 19 31 32 E: h.draaijer@54umedia.nl Alle advertentiecontracten worden afgesloten conform de Regelen voor het Advertentiewezen, gedeponeerd bij de rechtbanken in Nederland (exemplaar op aanvraag kosteloos verkrijgbaar).

Vormgeving en opmaak Rijnier van Kesteren Drukkerij GrafiServices B.V. Utrecht De 2016 editie van 3D Medical Expo begin dit jaar werd door meer dan 700 professionals uit binnenen buitenland bezocht. Exposanten roemden na afloop met name de kwaliteit van de bezoekers van dit niche evenement.

de farmaceutische supply chain veranderen? De beursvloer is zowel op 31 januari als 1 februari geopend in het MECC in Maastricht. Het bezoek aan de beurs

print magazine november 2016

Copyright Niets van deze uitgave mag worden overgenomen, tenzij met uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van de uitgever.

is gratis na registratie; deelname aan de hoogwaardige conferenties is tegen betaling. Alle info is te vinden op www.3dmedicalexpo.com

55


3D print magazine november 2016  
3D print magazine november 2016  

Informerend en inspirerend over 3D in de industrie