3D printenKMWE: 3D printen kansrijk in high tech industrie

De Eindhovense systemsupplier KMWE is een van de eerste bedrijven die een letter of intent hebben getekend voor de oprichting van een Addlab, een 3D printlab waar meerdere high tech bedrijven in participeren. Additive manufacturing gaat namelijk een rol van betekenis spelen in de maakindustrie, verwacht Arno Gramsma. De business development manager van de Brabanste supplier bespeurt ook bij klanten een toenemende interesse.

[quote align=”center” color=”#999999″]

KMWE plaatst additive manufacturing op de technologieroadmap

[/quote]

[dropcap type=”circle” color=#ffffff background=#f16236]K[/dropcap]MWE is een van de bedrijven die meedoen aan de wereldwijde designwedstrijd van GE. Het Amerikaanse industrieconcern daagt designers uit met nieuwe ontwerpen te komen voor titaniumbeugels voor vliegtuigen, die vervaardigd kunnen worden via additive manufacturing. Arno Gramsma heeft voor deze uitdaging direct samenwerking gezocht met de afdeling topologie aan de TU Delft. “Het voordeel van additive manufacturing is dat je kunt spelen met het materiaal. Ook inwendig in een onderdeel kun je complexe structuren maken, waardoor zo’n beugel net zo sterk kan zijn als gefreesd uit vol materiaal, maar wel vele malen lichter met minder materiaalgebruik.” Het ontwerp is samen met de engineers uit Delft geoptimaliseerd qua gewicht door het materiaal exact op die plaats te zetten waar het bijdraagt aan de gewenste sterkte en noodzakelijke draagkracht. Alle overbodige materiaal is weggelaten, wat tot een reductie van het materiaalgebruik met 68 procent leidt ten opzichte van een freesdeel. “Bij additive manufacturing gaat het om de functionaliteit die je toevoegt aan het maakdeel.” In de vliegtuigindustrie is gewichtsbesparing een belangrijke functionaliteit.

3D printen in high tech industrie
Arno Gramsma heeft anderhalf jaar geleden bij KMWE het thema 3D printen, oftewel additive manufacturing, op de agenda gezet. Hij ziet een markt voor dergelijke delen. KMWE opereert in wat de toeleverancier zelf omschrijft als high flexibility low volume markt. Complexe freesdelen maken voor de luchtvaart, medische en semi-conductor industrie, automotive en high tech machinebouw. Seriegroottes: van 50 tot 500 stuks per jaar. “Additive manufacturing past daar goed in. De technologie staat dus op onze roadmap. Hierin hebben we acties opgenomen hoe we additive manufacturing in ons bedrijf ontwikkelen en hoe we de markt benaderen.” Hier past ook de recente start van KMWE Projects in. Hiermee kan men de engineeringsactiviteiten nadrukkelijker een plek geven. Engineers gaan een belangrijke rol spelen om het pad te effenen voor een doorbraak van additive manufacturing in de high tech industrie. Waar het volgens Arno Gramsma namelijk om draait, is functionaliteit. De opmars van de laagopbouwtechnologie dwingt engineers terug te gaan naar de basis: welke functies moet een onderdeel hebben? En kun je die met additive manufacturing direct integreren? Dat zal uiteindelijk de keuze tussen 3D printen of frezen bepalen. “Als er geen verschil in functionaliteit zit tussen een freesdeel en een additive manufacturing deel, denk ik dat de kosten voor een CNC-freesdeel lager zullen zijn. De productiekosten van additive manufacturing zijn nog te hoog, mede door de dure metaalpoeders.”

Functionaliteit het sleutelbegrip
Bij een vliegtuigonderdeel kan gewichtsbesparing de functionaliteit zijn die je dankzij additive manufacturing integreert. Bij een ander onderdeel misschien assemblagekosten. Of het snel kunnen wijzigen van het design. Zodra je vanuit de functionaliteit gaat denken, worden tekortkomingen van de laagopbouwtechniek, zoals de onnauwkeurigheid, minder belangrijk, vindt Arno Gramsma. Neem een koelmanifold. Ga je deze 3D printen, kun je effectiever koelen. In de huidige freesontwerpen staan echter nauwkeurigheden aangegeven die je met 3D printen bij lange na niet kunt halen. “Ook dan moet je terug naar de functionaliteit. Heeft het koelkanaal zo’n hoge oppervlaktekwaliteit nodig? Wat is het effect op de flow als het oppervlak ruwer is? Misschien geen.” De businesscase kan heel ergens anders zitten dan in je eigen productieomgeving. Het is daarom niet eerlijk de twee productietechnieken te vergelijken met elkaar puur op basis van de kostprijs per onderdeel.

[quote align=”center” color=”#999999″]

3D printen vervangt het frezen niet, de technologie is aanvullend

[/quote]

Roadmap ontwikkelen
KMWE heeft het thema additive manufacturing bij grote opdrachtgevers al aangekaart. De business development manager merkt dat alle OEM’ers waar KMWE mee te maken heeft, ermee bezig zijn. De één langer dan de ander, de ene is al dieper doorgedrongen dan de ander. Sommige OEM’ers zetten de techniek al in. Arno Gramsma is daarom blij met het initiatief van Additive Industries om samen met een aantal high tech spelers uit de regio een Addlab op te richten. Hier komen de machines te staan, zodat bedrijven de investeringen niet volledig zelf hoeven te dragen. Dat biedt bedrijven als KMWE de kans om de toegevoegde waarde van additive manufacturing te onderzoeken en aan te tonen. Arno Gramsma zou dat het liefst nog breder trekken, naar regionaal of zelfs Europees vlak. “We zouden als Nederland of als West-Europa een roadmap moeten ontwikkelen hoe we deze technologie optimaal gaan inzetten en uitbouwen.” De moeilijkheid in de maakindustrie is momenteel namelijk dat additive manufacturing qua investeringen concurreert met andere investeringsaanvragen, zoals voor freesmachines in geval van KMWE , die op het moment van de aanvraag vaak al voor driekwart bezet zijn. “Terwijl we de stukken voor metaalprinten nog moeten zoeken.” Tevens zullen mensen opgeleid moeten worden om de mogelijkheden van deze productietechnologie onder de knie te krijgen en dat gaat niet zomaar even. Juist daarom is het zo aantrekkelijk gezamenlijk op te trekken, waarbij elk bedrijf wel zelf bepaalt wanneer het kennis deelt en wanneer niet.

[quote align=”center” color=”#999999″]

Mate van integratie van functionaliteit bepaalt haalbaarheid additive manufacturing

[/quote]

Topologie software nodig
De grote uitdagingen die hij ziet, liggen vooral in het voortraject, de engineeringsfase. Zo constateert hij dat de huidige softwareproducten, zoals de CAD-systemen, nog onvoldoende zijn afgestemd op de nieuwe maaktechnologie. Om van een CAD-model een STL-file voor een 3D printer te maken, is geen probleem. “Maar je moet die file ook kunnen analyseren met FEM en dan zou je weer automatisch terug moeten kunnen keren naar je ontwerpomgeving.” Daarnaast denkt hij dat goede topologie software de positie van additive manufacturing kan versterken. Voor de beugel van GE is een designer van de TU Delft anderhalve week bezig geweest om tot een optimaal topologisch model te komen. Kun je dat in een softwaremodel gieten, dan kun je sneller tot optimale gewichtsverdelingen komen. “Eigenlijk moet het model op basis van een aantal uitganspunten automatisch groeien.”
Daarnaast denkt hij dat er meer spelers aan de materiaalzijde moeten komen. Maar dat is een kwestie van zorgen dat de markt ervoor is. “Nu beschermt men de markt. Dat kan afschrikken.” Als dat lukt, kan het laagsbewijs opbouwen van metalen delen een boost krijgen.

Geen vervanging freesmachine
Zal additive manufacturing het frezen en draaien gaan vervangen? Zo’n vaart gaat het beslist niet lopen, verwacht Arno Gramsma. Misschien dat over 5 tot 15 jaar bij bedrijven als KMWE de additive manufacturing machines naast de freesmachines staan. Dan praat je al over een behoorlijke markt. Een vervanging van freestechnologie is het echter beslist niet. “Het is een andere productietechnologie. Aanvullend.” Je moet ook niet te veel verwachten. Een bedrijf als KMWE heeft al meer dan een halve eeuw ervaring opgebouwd in freestechnologie. De kennisopbouw van additive manufacturing is net pas gestart. “We moeten de leercurve opnieuw doorlopen.” Als toeleverancier moet je er wel nu mee aan de slag gaan. Arno Gramsma merkt namelijk dat elders in de wereld – China, Zuid-Afrika en Amerika – industrieën en kennisinstituten samen sterk inzetten op de nieuwe technologie. “OEM’ers gaan straks ook AM-delen wereldwijd inkopen. We moeten ook hiermee op wereldniveau concurreren.” Dat betekent nu instappen, kijken waar de voordelen voor de klant zitten. Want het kan snel gaan. Zo wordt op dit moment 90 procent van alle gehoorapparaten al 3D geprint. Die omslag heeft deze industrie binnen enkele jaren gemaakt. “Ben je niet meegegaan, merk je na 3 jaar dat je markt weg is. Zo snel kan het gaan.”

Meer informatie

KMWE