Eindhoven
23 feb. 2015
3 minuten
Additive manufacturing gaat de komende twee tot vijf jaar de machinebouw een enorme impuls geven. Van belang is wel dat constructeurs leren ontwerpen voor 3D-printen om de voordelen van de technologie te benutten. Dat betoogt Sjef van Gastel, directeur Innovatieve Productietechnologie bij Fontys Hogeschool Engineering.
3D-printen voor industriële toepassing staat pas aan het begin, betoogde Van Gastel tijdens de 3D Printing Materials Conference eind januari in Maastricht. Van Gastel is naast directeur van het ‘Centre of Expertise Innovatieve Productietechnologie’ (Objexlab) ook technologie- en patentmanager bij Assembléon. In zijn inleiding op de conferentie ging hij in op de mogelijkheden van additive manufacturing in de machinebouw, de impact op het ontwerp en presenteerde hij een methodiek om componenten die zich lenen voor 3D-printen te herkennen in machineconcepten.
Onbekendheid constructeurs
Tot nog toe vindt 3D-printen vooral toepassingen in de mode-industrie, design en gadgets. Van Gastel denkt dat de mogelijkheden voor de machinebouw onvoldoende gezien worden doordat de meeste constructeurs nog niet bekend zijn met de technologie. ‘Ze denken nog steeds vanuit de conventionele verspanende bewerkingen.’ Om additive manufacturing succesvol toe te passen, moet je die denkbeelden loslaten om teleurstellingen te voorkomen. Hij ziet voor de industrie vijf belangrijke voordelen.
Allereerst het voordeel van doorlooptijdverkorting (1) in het traject van ontwerp tot realisatie van het onderdeel. Bij 3D-printen worden onderdelen met veel minder fabricagestappen gemaakt, terwijl er in het algemeen ook veel minder fabricagehulpmiddelen (mallen, matrijzen en dergelijke) nodig zijn. Daarnaast worden gepersonaliseerde producten mogelijk (2). Veelal zijn dit soort producten te vinden in de medische sfeer. ‘Bij een steunzool herken je wel de afdruk van de voet in de vorm van de zool, maar het materiaal zelf is één vol blok, met overal dezelfde stijfheid. Vervolgens kun je met 3D-printen lokaal de massa en de stijfheid variëren.’ Dat kan ook met machineonderdelen. Je kunt gewicht besparen als je een honingraatstructuur toepast. Massareductie (3) is met name voor de machinebouw een belangrijk voordeel. De twee andere voordelen zijn volgens hem de geometrievrijheid (4) en integratie van functies (5). Geometrisch kun je krommingen bereiken die conventioneel niet maakbaar zijn. Van Gastel geeft als voorbeeld manifolds voor de machines van ASML en warmtewisselaars voor petrochemie-installaties waar Shell Research aan werkt. Bij manifolds zorgen de haakse bochten in de kanalen voor drukverlies en trillingen, wat niet gewenst is in precisiemachines. In warmtewisselaars kun je tot een veel hogere efficiencygraad komen dankzij 3D-printen. En doordat je functies kunt integreren en dus minder componenten nodig hebt, voorkom je verlies van stijfheid, verhoog je de nauwkeurigheid en breng je assemblagekosten terug. Van Gastel verwacht dat, zodra de machinebouw deze voordelen gaat onderkennen, het industrieel gebruik van additive manufacturing een impuls zal krijgen.
Minoren en workshops
Het Centre of Expertise Innovatieve Productietechnologie zet langs twee wegen in op deze ontwikkeling. Voltijdstudenten leren in minoren zowel de theorie als de praktijk van 3D-printen en hoe ze de voordelen maximaal kunnen benutten in ontwerpen voor de machinebouw. ‘We overwegen om een aantal plaatsen in deze minoren beschikbaar te stellen voor constructeurs uit de machinebouw’, zegt Van Gastel. Daarnaast is Fontys met enkele grote bedrijven uit de Brainport-regio in gesprek over contractonderwijs. Sommige hightech machinebouwers willen hun R&D-medewerkers laten scholen op het vlak van additive manufacturing.
AM killer applications
De tweede manier waarop het centre of expertise 3D-printen toegankelijk maakt voor de Nederlandse hightech machinebouw, is via een workshop die in bedrijven wordt gehouden. AM killer applications workshop heet deze. Van Gastel heeft hier al positieve ervaringen mee opgedaan bij Nederlandse machinebouwers. In twee sessies van telkens drie uur speurt hij samen met medewerkers van het bedrijf de componenten op waar additive manufacturing kan helpen om het verschil met de concurrentie te versterken. ‘Dat levert producten op die eerst in aanmerking komen voor redesign om ze vervolgens te 3D-printen.’ Met die aanpak kunnen machinebouwers hun bestaande machines verbeteren door de inzet van oplossingen op het gebied van additive manufacturing.