Tijdens de EMO 2015 in Milaan (IT) was het al zichtbaar: de productietechniek additive manufacturing (AM) blijft niet alleen beperkt tot specialistische beurzen zoals de Euromold, Formnext en RapidPro, maar wordt ook steeds meer zichtbaar op grote productietechnologie- en machinebeurzen. Zo zetten de beursorganisaties van de vakbeurzen Metav in Düsseldorf (D) van 23 t/m 27 februari en de TechniShow van 15 t/m 18 maart ook de schijnwerpers op 3D-printen.
Het is niet zo vreemd dat AM nu ook zijn intrede doet bij traditionele metaalbeurzen. De techniek heeft zich sinds de jaren ’90 ontwikkeld van rapid prototyping en rapid tooling naar het hedendaagse rapid manufacturing. De ontwikkelingen hebben de laatste paar jaar een hoge vlucht genomen. Enkele critici spreken dan ook van een hype, maar het feit is wel dat systemen sneller en nauwkeuriger zijn geworden. Bovendien worden bouwvolumes groter en kunnen er inmiddels vele materialen geprint worden, waardoor er niet alleen nog enkelstuks maar ook kleine series geproduceerd kunnen worden. Ondanks dat het bij de aanschaf van 3D-printmachines nog geen storm loopt – het gaat immers over grote investeringen waarvan de terugverdientijd voor veel metaalbewerkers als onzeker beschouwd wordt – kan het 3D-printen van metalen onderhand gezien worden als een serieuze productietechniek. De mogelijkheden die AM met zich mee brengt zoals lichtgewicht construeren, weinig materiaalverbruik en het produceren van werkstukken met complexe contouren, heeft er voor gezorgd dat veeleisende industrieën de techniek zijn gaan toepassen. Industrieën zoals bijvoorbeeld de luchtvaartindustrie stellen hoge eisen aan de producten en daarmee ook aan de AM-machines. Reproduceerbaarheid, poreusheid, maat- en oppervlaktenauwkeurigheid en mechanische eigenschappen zijn essentiële kenmerken die de kwaliteit van het eindproduct bepalen. Hierdoor hebben de machines de laatste paar jaren een snelle doorontwikkeling gemaakt. Enkele machinebouwers hebben inmiddels machines op de markt gebracht met procescontrolesystemen die belangrijke parameters die het printproces beïnvloeden, controleren. Dan hebben we het over het zuurstofgehalte in de machine, de temperatuur, het laservermogen, de poederkwaliteit en het smeltbad. Met detectoren en camera’s kan het smeltbad gecontroleerd worden door de oppervlakte van het smeltbad en de intensiteit in kaart te brengen. Sommige systemen kunnen vervolgens automatisch het laservermogen aanpassen om het optimale smeltbad te genereren.
Hybride
Het opdoemen van AM binnen beurzen zoals de EMO, Metav en TechniShow heeft ook te maken met de komst van hybride machines. Steeds meer machinebouwers die voorheen alleen met traditionele bewerkingscentra op de markt kwamen, zetten nu ook in op AM door een laser te integreren in een bestaand machineconcept. Het resultaat is een machine die conventionele verspaning combineert met 3D-printen. Deze machines hebben als voordeel ten opzichte van reguliere 3D-printers dat ze multi-inzetbaar zijn. Zo kunnen de machines die zijn uitgerust met een laseroplaskop worden gebruikt voor reparatiewerkzaamheden, het aanbrengen van modificaties aan bestaande onderdelen en de laser kan ingezet worden voor het laserlassen en -harden. Door de beweegbare assen van het bewerkingscentrum kunnen er heel specifiek randlagen gehard worden op driedimensionale oppervlakken zoals bijvoorbeeld tandwielen. Enkele andere machinefabrikanten hebben de SLS-techniek (selective laser sintering) geïntegreerd in een bewerkingscentrum voor hogesnelheidsfrezen. Dit is interessant voor bijvoorbeeld de matrijzenbouw waar interne koelkanalen aangebracht moeten worden die plaatselijk over een hoge nauwkeurigheid en oppervlakteruwheid moeten beschikken. Na een aantal opbouwende lagen kan door middel van frezen de gewenste nauwkeurigheid bereikt worden.
Reserve-onderdelen
De Metav biedt voor de bezoeker een breed scala van presentaties over het 3D-printen van kunststoffen en metalen. “De prognose dat een ieder zijn eigen reserveonderdelen thuis op de 3D-printer kan produceren, is inmiddels lang en breed van tafel geveegd,” zegt Dr. Wilfried Schäfer, directeur bij de Metav-organisator VDW (Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken) in Frankfurt am Main (D). “De discussie gaat nu veel meer om de intrede van de AM in de industriële serie- of op zijn minst kleine serieproductie.” Toch is er voor de 3D-printer wel een rol weggelegd als het op het printen van reserve-onderdelen aankomt. Tijdens de conferentie ‘Inside 3D-Printing’ zal er dieper ingegaan worden op het produceren van reservedelen, want volgens Ulli Klenk, voorzitter van de afdeling AM in VDMA en general manager van Competence Center Additive Manufacturing in de digitale fabriek van Siemens in Erlangen (D), biedt 3D-printen ook voordelen als het op reserverondelen aankomt. Door het gebruik van additieve methoden is men in staat om benodigde componenten ter plekke snel en flexibel in elke gewenste geometrie te produceren. Hierdoor is het niet meer nodig om onderdelen in opslag te houden en (wereldwijde) transportkosten zijn tevens verleden tijd. Een voorwaarde voor het printen van reserveonderdelen is dat er een gestandaardiseerd bestandsformaat voor 3D-printgegevens moet komen, voor ieder machinetype en -merk. Dan pas kunnen bestanden via een dataverbinding worden doorgegeven. Oftewel, data vervangt de transport en opslag van fysieke producten. Daar moet volgens Klenk nog wel een kanttekening bij geplaatst worden. “De ontwikkelaar van het digitale onderdeel moet, nadat het bestand is verzonden, controle kunnen houden over het bestand om te voorkomen dat het bestand onrechtmatig gedeeld wordt aan derden en eventueel wordt gewijzigd. Tevens moet het uit commercieel oogpunt mogelijk zijn om te registreren hoe vaak een bestand is gebruikt om een onderdeel te printen, zodat dit in rekening gebracht kan worden. Deze industrialisatie van de AM-productieketen is alleen mogelijk wanneer er wereldwijd op alle typen en merken machines een constante kwaliteit geproduceerd kan worden”, ligt Klenk toe. Dit is volgens Klenk momenteel nog niet de stand der techniek.
Gehele AM bandbreedte
Onder het motto ‘Power your Business’ presenteert de Metav in de Additive Manufacturing Area de gehele bandbreedte aan additieve processen, materialen en dienstverlening rondom 3D-printen. Daarmee breidt Metav haar aanbod aan productietechnologie voor alle branches uit en vult deze verder aan, en dan met name voor de productie van metalen bouwonderdelen, de machine-, vliegtuig-, automobiel- en gereedschapsbouw maar ook voor de medische technologie. Additive manufacturing vormt als productieproces een netwerk met de andere zwaartepunten van de waardeketen binnen de metaalbewerking, en dan met name CAD en simulatie, nabewerking, productiemeettechnologie en kwaliteitsbewaking. Zo presenteren de exposanten bij het bijbehorende forum van de Additive Manufacturing Area diverse praktijkoplossingen met betrekking tot 3D-printen.
DOOR: TIM WENTINK
Noot: Dit artikel is eerder verschenen in Metaal Magazine nummer 1.
Zoals met al die vroegere nieuw ontwikkelde technologieën, zal op den duur de 3D-techniek een vaste plaats veroveren tussen al die andere bewerkingstechnieken. Het gebruik van de laser is een voorbeeld. Dat zal worden bepaald door de eigenschappen van de bewerkingstechniek. Denk aan op de eerste plaats de mogelijkheden voor producten met complexe moeilijk bereikbare binnenstructuur. Zie gegeven voorbeelden. De prijs van het materiaal, de nodige tijd en niet te vergeten de producteigenschappen. Veel producten zijn niet zo complex en dan kennen we ook het spaanloos omvormen dat in Nederland een achtergebleven werkgebied is. Ook minimaal materiaalverbruik, maar met lagere materiaalkosten, veel snellere productie met uiterst gering energieverbruik en hoge productkwaliteit. Denk aan het in Zwitserland ontwikkelde fijnstansen. De,overigens in 1985 in Zuid Nederland al toegepaste (in kunststof prototypen) 3D-techniek zal vooral zijn plek vinden in complexe producten, klein-serie (liefst manloos), ontwikkeling en prototypen. Maar ook in toepassing van speciale materialen.