De essentie van 3D metaal printen is een goed doordacht design

Geplaatst op door Development & Engineering

Zo’n vijf jaar geleden begon Jeroen Jonkers zich te specialiseren op het gebied van Additive Manufacturing (AM) bij NTS. In het Addlab verkende hij voor NTS, samen met acht partnerbedrijven, het relatief onontgonnen terrein van 3D metaal printen. Inmiddels kan NTS zich daardoor voorloper noemen op dit gebied.  AM is een heel mooie, aanvullende en uiterst flexibele maaktechniek gebleken die bijzonder geschikt is om complexe geometrieën in series te produceren. De essentie ligt in een goed doordacht design wat diepgaand inzicht in het totale maakproces vereist. De komende jaren gaat NTS verder in het AddFab om metaal printen verder te integreren in engineering en de productieketen.

AddLab

Het AddLab fungeerde de afgelopen jaren als pilot 3D print fabriek. De faciliteit was gestoeld op de ambitie om een brede set aan High Tech en high end manufacturing toepassingen te ontwikkelen voor 3D metaal printen. Deze gezamenlijke faciliteit werd gefinancierd door negen industriële partners waaronder NTS. De deelnemende bedrijven waren ervan overtuigd dat zij door samen te werken een betere kans hadden om wereldwijd een leidende rol te gaan spelen in het veld van industrieel 3D printen. Een team AM professionals draaide het AddLab en ondersteunde de deelnemende bedrijven in het ontwikkelen en produceren van 3D geprinte metalen en onderdelen voor eindgebruikers. Drie partners waaronder NTS gaan middels AddFab verder met de industrialisatie van 3D metaal printen.

Pionieren met concullega’s

Al voor zijn aanstelling bij NTS had Jeroen Jonkers een fascinatie voor Additive Manufacturing. Zo zette hij een eigen kuststof printer in elkaar waarop hij verkende wat de mogelijkheden van 3D print waren. In het Addlab begon het experimenteren voor Jeroen in het groot. Het initiatief van Additive Industries waarin negen bedrijven die wilden innoveren op het gebied van AM over de bedrijfsgrenzen heen krachten bundelden om tegen lage kosten ervaring op te doen, was waar hij het meeste leerde. “Het samenwerken kwam neer op pionieren met concullega’s. Voor een bedrijf alleen is het heel belastend om te investeren in Additive Manufacturing, zeker als je zonder kennis en ervaring moet beginnen. Daarom hebben de bedrijven besloten de handen ineen te slaan en we zijn het gewoon gaan doen.”

Zeer gestructureerde aanpak

“Dat ‘gewoon doen’ hebben we wel op een heel gestructureerde manier aangepakt. Met verschillende competentiegroepen op onderwerpen als Design for AM, materialen, printprocess en nabewerken. Vanuit NTS was ik lead voor de competentiegroep design for Additive Manufacturing. Daarbij maakten we, en dat doen we in het AddFab nog steeds, gebruik van een printer die met een laser metaalpoeder versmelt.”

Stap voor stap inzicht verkrijgen

“In het begin weet je helemaal niet wat je moet printen. Ik heb daarom eerst geprobeerd een bestaand object te printen. Al snel merk je dat onderdelen vervormen door de grote temperatuurverschillen. Daar leerde ik weer van. Gaandeweg leerde ik ook dat je de vormzuiverheid die je krijgt in grote mate kan beïnvloeden met een design en dat je vanuit het print process heel goed moet nadenken over waar de inzet van printen nu echt meerwaarde heeft.”

Minder nabewerking nodig bij goed design

“Wanneer je er in slaagt een heel goed doordacht design te maken, is nabewerking minder vaak nodig. Ook kun je varieren met materiaal eigenschappen en de dichtheid van materialen. Additive Manufacturing leent zich daar uitstekend voor. En hoewel er grenzen zijn is ook de oppervlakte ruwheid van objecten in belangrijke mate te beïnvloeden.”

Hoeken printen is lastig

“Na bestaande objecten te hebben nagemaakt ben ik bij onze afdeling engineering langs gegaan voor ideeën voor een volgende print project. Ik kreeg toen een object waarin spiegels op verschillende hoeken zijn verwerkt om een lichtbundel uit te lijnen. Het kan voorkomen dat een ontwerp tijdens het printen veel thermische spanningen moeten opgevangen. Daar moet je vooraf goed over nadenken. Je moet dan aardig wat proceskennis hebben om hier goede keuzes in te maken.”

Reversed engineering

“Weer een ander experiment betrof reverse engineering. Voor een frees opspanning was ik aan het expirimenteren met kneedbaar kunststof. Ik had op een gegeven moment het materiaal voor de mal in mijn hand en bij toeval kneep ik erin waardoor er een afdruk van mijn hand ontstond. Dat was een ingewikkelde vorm en riep meteen een case bij me op rondom customization en reverse engineering. Met behulp van de 3D scanner in het AddLab heb ik die vorm digitaal nagemaakt. Daarna kwam de vraag: hoe kom je van een 3D scan naar een zuiver CAD model, en kun je daar nog wat extra’s aan toevoegen. De eerdere objecten waren gemaakt met CAD, traditionele ontwerpsoftware, maar hiervoor had ik behoefte aan meer modeleer mogelijkheden. Door deze casus is NTS benaderd om nieuwe CAD functionaliteit te testen voordat het op de markt komt, dit geeft aan dat je vooraan met vernieuwing bezig bent.”

Alle mogelijkheden van print in één object

“Uiteindelijk werd het een mooi object. Niet functioneel maar er is wel heel veel geleerd van de exercitie. Alle belangrijke gebieden van 3D printen, zie je erin terug. Door de organische vorm varieert het object in ruwheid en er zijn allerlei nabewerkingsprocessen op los gelaten. Zo heeft het vloeiende vormen en bevat het holtes waar je niet meer bij kunt om bijvoorbeeld schoon te maken, dat moet je in een goed design wel meenemen.”

De meerwaarde van Additive Manufacturing

“Printen van metaal is met name geschikt gebleken voor het optimaliseren en integreren van functionaliteit want vormcomplexiteit is bij AM vrijwel gratis. Bijvoorbeeld om de sterkte en stijfheid van een object te verbeteren en tegelijk het gewicht te reduceren. Vooralsnog print NTS nog geen serie producten maar er lopen wel metaal geprinte componenten in test fase. Bij de betreffende cases zijn we in staat om de componenten tegen dezelfde of lagere kosten kunnen produceren maar het grootste voordeel is dat de geprinte componenten de functie van een systeem optimaliseren. Bij één van de cases moet namelijk vloeistof stromen en met printen zijn we in staat om dit heel precies te maken en de stroming te optimaliseren. Ontwikkelen kan door deze technologie bovendien heel snel, er is weinig verspaning nodig, en beperkte werkvoorbereiding en bovendien kent printen nauwelijks start-up kosten. Print is niet per definitie aantrekkelijker dan andere productiemethoden. Het inzetten van Additive Manufacturing moet zinvol zijn. Dat is bij de product cases van NTS het geval."

Voordelen van Additive Manufacturing

  • Korte ontwikkeltijden
  • Ideaal voor prototyping
  • Zeer geschikt voor low volume, high complexity, high diversity
  • Hoge mate van systeem en proces optimalisatie
  • materiaal-, gewicht-, kostenreductie

De toekomst voor AM voor NTS

De focus voor de komende jaren voor AM is gericht op de industralisatie, de markten en de toepassingen. “AM biedt vele nieuwe mogelijkheden en is écht een aanvulling op de huidige maaktechniek. Dit biedt voor NTS als system supplier de mogelijkheid om flexibel verschillende markten te bedienen.” Zo dient de samenwerking in het AddFab als opstap naar meer. De gezamenlijke printfaciliteit wordt op termijn gehuisvest op de Brainport Industries Campus. “Daar gaan we ons focussen op drie werkpakketten: industrialisatie, kwaliteitsmanagement en industriële casussen met ‘state of the art’ machines en de ambitie om world class Additive Manufacturing te leveren”

Wil je onze vacatures en blogs direct in je mailbox?
Laat je e-mailadres achter en blijf op de hoogte

Klik hier voor onze privacy verklaring.