Benelux hightechindustrie omarmt na jaren pionieren additive manufacturing

Het Belgische Melotte, een van de exposanten op AM for Production (29 maart), was destijds een van de eerste precisie gereedschapmakers in de Benelux die 3D metaalprinten in huis haalde. De laatste jaren merkt de toeleverancier dat AM-projecten op regelmatige basis terugkomen. “Van verkennend is het naar een gekend proces gegaan”, zegt Bram Grandjean, accountmanager. Bij Wilting, dat twee jaar geleden de eerste AM-systemen in gebruik nam, is de vraag groter. Op de beide systemen loopt de serieproductie van manifoldachtige producten. “Klanten herkennen steeds beter hoe een AM-onderdeel de functionaliteit van hun machine kan verbeteren, bijvoorbeeld wat betreft de flow van een gas of vloeistof of de warmtecapaciteit”, zegt Remon Haarsma, AM-engineer.

De vraag neemt zodanig toe dat Wilting verwacht dit jaar de AM-capaciteit uit te breiden, ook omdat dit de kans biedt rvs als derde materiaal aan te bieden. Ook bij KMWE ziet men de vraag naar serieproductie met additive manufacturing op gang komen. Daarom investeert de toeleverancier dit voorjaar in eigen AM-capaciteit. Edward Voncken, CEO, heeft het idee dat de supply chain problemen van de voorbije jaren de acceptatie hebben versneld. Voor giet- en smeeddelen voor de luchtvaartindustrie praat je tegenwoordig over leadtimes van 60 weken. “Met 3D printen is dat eerder dagen dan weken.” Bovendien bestelt de klant nu de aantallen die nodig zijn; niet 100 stuks omdat de gieterij dat als ondergrens hanteert.

In vroeg stadium meedenken

De acceptatie van additive manufacturing is dus verbeterd. Maar hoe zit het met de specifieke ontwerpkennis: is die geland bij de OEM’s of moeten de toeleveranciers deze leveren? Dat wisselt, zo blijkt. In zijn algemeenheid hebben steeds meer bedrijven AM-expertise in huis en ontwerpen met het doel de voordelen van de technologie maximaal te benutten. “We zien dat steeds meer klanten de toegevoegde waarde herkennen en echt functionele verbeteringen in hun producten doorvoeren met AM”, zegt Remon Haarsma. Hij merkt dat sommige engineers al de nodige ervaring met 3D metaalprinten hebben opgedaan; senior engineers zijn dan weer vaker bekender met de conventionele bewerkingstechnieken. De toeleveranciers schuiven het liefst zo vroeg mogelijk aan tafel bij hun klanten om met de design engineers van hun klanten aan de slag te gaan. “Het is niet verkeerd om in de ontwerpfase engineers te laten pingpongen over wat het effect is als je dit of dat doet”, zegt Bram Grandjean. Vanuit de expertise van de toeleverancier kunnen details worden toegevoegd die de maakbaarheid verbeteren, bijvoorbeeld een rib toevoegen om vervorming van het product door de warmte-inbreng te voorkomen.

Het design van het onderdeel heeft namelijk veel invloed op de printbaarheid, méér dan bij andere productietechnieken. “Als we te laat in het designproces worden betrokken, zijn er meer inspanningen nodig om het onderdeel printbaar te maken. En soms concluderen we achteraf dat er qua functionaliteit meer uit te halen zou zijn geweest”, zegt Adwin Kannekens, commercieel directeur bij Andra Tech Group, waar Wilting toe behoort. Meedenken over het design is een balanceeract op een dun koord. Rob van Loon, AM-engineer bij KMWE Precision, wil altijd weten wat er voor en na het onderdeel komt dat de klant wil laten printen. Om te kijken of onderdelen geïntegreerd kunnen worden in één geheel. Dat doet hij niet alleen om kosten te besparen. “Soms kun je de gevraagde toleranties per onderdeel niet halen maar wel met de samenstelling.” Toch blijft dit een delicate afweging, vindt Adwin Kannekens. Tegenover de kostenbesparing in de assemblage staan de hogere kosten in het AM-proces. “Voor de klant zijn uiteindelijk kosten euro’s onder aan de streep.”

Anders dan bij CNC-frezen

Is de communicatie tussen toeleverancier en OEM anders als het om AM-delen gaan dan bij frees- en draaidelen? Peter Perremans (Melotte) denkt dat er bij AM-onderdelen wel frequenter contact is met de klant, maar hij ziet hier geen wezenlijke verschillen met werk voor de andere technieken die Melotte gebruikt. “Het type producten waar wij in zitten, vraagt altijd overleg. Een tolerantie van enkele microns is makkelijk op een tekening te plaatsen, maar niet altijd makkelijk te maken en al zeker niet wanneer je met vervormingsgevoelige 3D-geprinte onderdelen te maken hebt. Heb je die tolerantie echt nodig? Complexiteit naar maakbaarheid toe bepaalt de prijs”, zegt Peter Perremans. Hij en Bram Grandjean juichen een vroege betrokkenheid wel toe. 3D metaalprinten is een heel ander proces dan frezen, draaien, slijpen en de andere bewerkingen die de hightech toeleveranciers dagelijks uitvoeren. Support is bijvoorbeeld zo’n bijzonder thema, wat grote invloed kan hebben op maakbaarheid en kostprijs. De oriëntatie speelt hierin een grote rol. Dat geldt eveneens voor het al dan niet ontstaan van spanningen. En dan geldt voor de manifoldachtige producten die Wilting produceert nog: hoe verwijder je alle poederdeeltjes uit de inwendige kanalen? Zijn dat vragen waarmee je de klant opzadelt? Adwin Kannekens vindt van niet. De maakbaarheidskennis en de kennis van het nabewerken van 3D-geprinte onderdelen vloeien samen bij de toeleverancier. “We moeten niet verwachten dat de klant meedenkt over support, wel over de oriëntatie omdat je dan weet of bepaalde features wel of niet printbaar zijn.”

Troef van de hightech toeleveranciers

Rob van Loon, AM-engineer bij KMWE, noemt de communicatie liever “anders”. Hij zegt: “Alleen al omdat een frezer met een halffabricaat begint. Wij moeten de uitgangspunten nog bepalen.” Hij denkt dat vooral de gecombineerde kennis van additive manufacturing en de verspanende nabewerking een troef is van de hightech toeleveranciers.  Bijvoorbeeld door het onderdeel op een bepaalde manier te positioneren, kan supportmateriaal vermeden worden. Dat scheelt post-processing. Of door een opspanstuk in het ontwerp zodanig mee te designen dat het naderhand niet verwijderd hoeft te worden. KMWE print een zwaluwstaartverbinding mee zodat de onderdelen direct in de machineklem van de CNC-machine geplaatst kunnen worden. “Daardoor maken we het frezen als nabewerking minder manafhankelijk. Opspannen kost nog een paar minuten en het stuk zit goed. Door soms 20% meer te printen, verkorten we de totale tijd van het frezen met de helft”, geeft hij als voorbeeld. In het voortraject meedenken kan tientallen procenten in de kostprijs schelen. Dat zijn zaken waar de AM-toeleverancier met z’n expertise waarde kan creëren voor de klant. “Vanaf het begin meedenken scheelt hoofdpijn in het productieproces.”

Zijn er nog belemmeringen?

Anno 2023 kun je stellen dat additive manufacturing - eindelijk - vertrokken is in de Nederlandse hightechindustrie. Het vliegwiel om additive manufacturing verder op gang te brengen, is de design engineers nog meer overtuigen van de meerwaarde die de techniek kan bieden. “De rest zijn uitdagingen waar oplossingen voor zijn”, vindt Adwin Kannekens. Kwaliteitscontrole en -borging hoeven geen issue meer te zijn, meent Rob van Loon. Als je het hele proces onder controle hebt en kritisch bent op hoe je onderdelen 3D print, hoef je niet alles na te meten. “De eerste stap is nooit van materiaal wisselen en de tweede stap is periodiek poeder testen. Weet wat er in de machine zit; traceability van poeder tot eindproduct, dan hoef je niet alles na te meten.” De grootste rem op de doorbraak is volgens Adwin Kannekens het tekort aan CNC-vakmensen. Wilting is ingesteld op onbemande productie; het wil ook de AM-werkstukken het liefst onbemand nabewerken. 48 uur of langer onbemand 3D printen en dan 20 uur een CNC-specialist nodig hebben om de stukken na te bewerken, is niet de keuze van Wilting. “In de kosten is het een wereld van verschil of je bemand of onbemand nabewerkt. Voordat we de derde 3D metaalprinter gaan plaatsen, willen we grote stappen maken om het freesproces onafhankelijk van de operator te maken.”

De juiste toepassing

Wat houdt 3D metaalprinten nog tegen? Eigenlijk niks, als je maar de juiste toepassing hebt waarin de voordelen naar voren komen. Peter Perremans herinnert zich nog de artikelen van vijftien jaar geleden die voorspelden dat op elke hoek van de straat een printshop gevestigd zou zijn om onderdelen op te pikken. “Daar zijn we nog ver van af. Zeker de eerste tien jaar blijft de technologie complementair aan de klassieke technologie.” Additive manufacturing komt vooral tot z’n recht bij zeer organische vormen, integreren van functies om het aantal componenten te verminderen en extreme gewichtsbesparingen. “Dan is AM z’n geld waard”, zegt Perremans. Maar ook elk prijskaartje heeft zijn effect op de inzetbaarheid. Daar ziet hij nog wel een belemmering. “Als het proces niet goedkoper wordt, dan blijft het een complementaire technologie.”