Doorbraak AM als volwaardige productietechnologie is aanstaande

Staat additive manufacturing op het punt onderdeel te worden van de standaard gereedschapskist van de maakindustrie? Jazeker, aldus kennisinstituten in Twente en Brainport. De sector zet stappen om te komen tot een betere benutting van 3D-printen als volwaardige vervaardigingsoplossing.

Eind maart 2023 organiseerde Mikrocentrum met ondersteuning van Brainport Development en Flam3D de eerste editie van AM for Production, dat de nadruk legt op het 3D-printen als onderdeel van de gereedschapskist van de (hightech) maakindustrie; als productietechniek met een duidelijke meerwaarde ten opzichte van de nu gangbare productietechnieken. Dit is ook het domein van Fraunhofer Innovation Platform bij de Universiteit Twente (FIP-AM@UT), een van de instituten die een brug slaan tussen onderzoek en industrie in Nederland. Professor Ian Gibson, directeur van het Twentse platform, is ervan overtuigd dat we aan de vooravond staan van meer en bredere toepassingen van additive manufacturing. Hij heeft in zijn lange loopbaan meerdere hypes rond 3D-printen meegemaakt: “De realiteit is dat het tijd kost om te komen tot additive manufacturing als productietechnologie. Wie vertrouwd is met productie, weet dat dit in kleine stappen gaat. Maar we komen er wel. De AM-industrie heeft sinds het begin in de vroege jaren ‘90 altijd dubbele groeicijfers gekend. De enige andere sector die zo’n duurzame groei heeft laten zien, is de computerindustrie.”

Multimateriaal 3D-printen

Twee belangrijke veranderingen die Ian Gibson de komende jaren verwacht, is het multi-materiaal 3D-printen en de doorbraak van bioprinting. Voor de maakindustrie is vooral dat eerste van belang: “Sommigen noemen dit 4D-printen: multi-functionaliteiten in één onderdeel door verschillende materialen te combineren.” Hij ziet materialen als een sleutel voor de doorbraak van additive manufacturing. “Er zijn veel meer specifieke materialen nodig voor bij deze technologie. De huidige, met name polymeren, zijn in de basis minder geschikt voor 3D printen.”

Complementair

Hoe realistisch is een werkelijke doorbraak van AM in de maakindustrie? Fontys onderzoeker Rein van der Mast merkt dat de verwachtingen bij het 3D-printen in de afgelopen decennia geleidelijk naar beneden zijn bijgesteld. Aan het einde van de vorige eeuw voorzagen insiders dat het 3D-printen veel vervaardigingstechnieken van de markt zou gaan drukken. Zover is het nog altijd niet gekomen. Wél is inmiddels meer dan eens aangetoond dat 3D-printen tot voorwerpen kan leiden waartoe andere vervaardigingstechnieken niet in staat zijn. En andersom, want het is volledig complementair aan alle conventionele, meer traditionele productietechnieken.

“Wat de ‘traditionele’ maakoplossingen niet kunnen, kan met 3D-pinten wél, én andersom. Daarmee is de diversiteit in de nu beschikbare oplossingen sterk toegenomen”, zegt Rein van der Mast, die eind 2022 aan de KU Leuven met zijn promotieonderzoek is begonnen. Bij zijn onderzoek betrekt hij IAMM, het samenwerkingsverband tussen de hogescholen Fontys, Saxion en Windesheim, dat op zijn initiatief is ontstaan en waarin bijvoorbeeld ook Flam3D, K3D, Materialise, ASML en FIP-AM@UT participeren. Rein van der Mast liet in 1996 zijn eerste prints maken. “Het is de hoogste tijd dat de markt eraan gaat trekken, in plaats van dat een paar overenthousiaste techneuten aan het ontwikkelen blijft. Om werkelijk een verandering te bewerkstelligen, moeten we laten zien waar 3D-printen valt in te zetten om allerhande actuele problemen het hoofd te bieden: de snelheid waarmee voorwerpen tot stand komen, de voorraden die ervan aangehouden worden, de risico’s die bij de productie ervan aan de orde zijn, de mate waarin variatie in series bestaat (zoals bij personalisatie), en de actualiteit van de gehanteerde bedrijfsmodellen.” Hij wijst erop dat de hele keten om moet om implementatie ervan tot een succes te maken: “Inkoper, verkoper, ontwerper, manager, noem maar op, iedereen moet meedoen!”
 

“Inkoper, verkoper, ontwerper, manager, noem maar op, iedereen moet meedoen!”

Rein van der Mast

Wie profiteert het meeste?

Additive manufacturing is vandaag echter nog geen mainstream productietechnologie. Daarvoor moet de sector nog enkele stappen zetten, meent professor Ian Gibson. Zo moeten in zijn ogen de kosten omlaag om volumetoepassingen te kunnen opschalen. “Daar focussen de aanbieders van de technologie nu op. Ze zetten met name in op lagere kosten door de AM-productie op te schalen.” Ook de materiaalkosten zullen nog moeten zakken: “We hebben materialen en kostprijzen per onderdeel nodig waarmee we kunnen concurreren met massaproductie.” De veranderingen in deze richting zijn in gang gezet, niet alleen in de metaalbewerking, ook in andere toepassingen van 3D-printen, zoals de zorg, de bouw, schoenzolenproductie, et cetera. Komende jaren mogen we volgens hem veel op dit vlak verwachten. Stap voor stap wordt additive manufacturing dan een productietechniek die thuishoort in de industrie. De industrieën die daar dan het meest van gaan profiteren, zijn de sectoren die nu nog helemaal niks doen met additive manufacturing.

“Bedrijven die AM nog niet gebruiken, gaan het meeste van profiteren als de machines goedkoper en sneller worden.”

Professor Ian Gibson

Keten-lange benadering

Rein van der Mast ziet meer in een ‘keten-lange’ benadering, waarbij AM ‘slechts’ een van de beschikbare vervaardigingsoplossingen is: “Het gaat erom AM toe te passen waar de meerwaarde ervan over de gehele keten genomen werkelijk bestaat. De ‘winst’ moet ook behaald worden in combinatie met een geringer aantal onderdelen, een beperkt aantal assemblagestappen, een lager gewicht, dat soort dingen.” Voor andere toepassingen, zoals auto-onderdelen, ziet hij nieuwe technieken: iets minder nauwkeurig en sterk, maar ook minder kostbaar. Daarnaast ziet hij een nog onontgonnen markt: kleine prints met een hoge detaillering, die weinig of geen nabewerking vergen. “Het lijkt wel of de industrie geen belangstelling heeft voor kleine prints. Opmerkelijk, want per print zijn zo series van tientallen stukken in één keer te vervaardigen, in korte tijd, zelfs met complexe vormen met uiteenlopende functie-integraties.” Daar richt hij zijn promotieonderzoek op: kleine stukken met een hogere ‘resolutie’ met standaard machines op basis van poederbed en laser.” Enkele hightech bedrijven tonen hier belangstelling voor om te komen tot integratie van onder meer kanalen, veerbladen, armen, opzettelijk poreuze gebieden, enzovoort.