“PRODUCTONTWIKKELAARS MOETEN HUN NEK UITSTEKEN"

Additief produceren is een manier om productie in west-europa te houden

Laten we maar meteen met de deur in huis vallen: staat het 3d-printen al ver genoeg om te worden toegepast voor productiedoeleinden?
“Vandaag kan 3D-metaalprinten zeker al worden toegepast voor productiedoeleinden. Maar en ik weet dat ik me hiermee op glad ijs begeef met de huidige stand der techniek heb ik toch mijn reserves over de inzetbaarheid ervan in de algemene toelevering. Ik vrees zelfs dat er vanuit een onrealistische inschatting van wat mogelijk is soms aan overinvestering wordt gedaan. Niet alleen bij de toeleveranciers, ook bij de OEM'ers. Ik zie projecten waarin jaren van ontwikkeling is gekropen door het management stopgezet worden wegens tegenvallende resultaten. De technologie schiet zogezegd tekort, terwijl ze in werkelijkheid verkeerd wordt gebruikt. Laat ons duidelijk zijn: de grootste uitdaging schuilt in het detecteren van de juiste toepassing, in het vinden van een casus waarbij metaalprinten werkelijk toegevoegde waarde betekent, zoals dat bij de leap engine van GE het geval is. In plaats van acht verschillende onderdelen, is GE er dankzij het metaalprinten in geslaagd die terug te brengen naar juist één nozzle. Daarenboven is dankzij de topologieoptimalisatie de verstuiving van de kerosine dermate verbeterd dat de motor significant efficiënter werkt. De brandstofbesparing alleen al levert een gigantische winst op. Daar is wel tien jaar van onderzoek aan voorafgegaan."

Louter kijkend naar de stand der techniek, wat zijn dan de belangrijkste pijnpunten?
“Vandaag gaat het proces nog (te) langzaam, maar het gelijktijdige gebruik van meerdere lasers zal de bouwsnelheid zeker opvoeren. Fundamenteler is de vraag hoe je met de opbouw van spanningen omgaat. Daarover is nog relatief weinig geweten. En hoe ziet het stuk er vanbinnen uit? Hoe staat het met de porositeit en de microstructuur? Metaalprinten is bovendien een complex proces, o.m. door het gebruik van steunstructuren die nadien via een mechanische nabewerking verwijderd moeten worden, wat betekent dat je over de bereikbaarheid moet nadenken."
“Daarnaast zijn de meeste metaalprinters standaardmachines. De markt heeft vooralsnog geen aangepaste oplossing voor specifieke applicaties klaar. Dat zal op termijn veranderen, omdat verschillende sectoren andere behoeften hebben, al was het maar op het gebied van logistiek en afmetingen. Ik zie hier wel een kentering. In de dentale wereld duiken al specifieke machines op. Procescontrole en voorspelbaarheid tot slot blijven een uitdaging. Dan kijk ik bijvoorbeeld naar onze eigen Magics software. Waar we bij kunststof erin slagen op een betrouwbare manier te voorspellen wat het effect zal zijn van een parameter die wordt aangepast, is het bij metaal nog veel meer een proces van trial-and-error. We investeren vandaag echter wel zeer veel om metaalprinten op het niveau van kunststofprinten te brengen."

Ondanks die werkpunten besloot Materialise om toch ook metaal te gaan printen.
Welke sectoren staan er eerst op uw netvlies?
“In eerste instantie de medische wereld. 3D- printen is een relatief duur proces. Daarom moet je nadrukkelijk op zoek gaan naar een toegevoegde waarde. Bij implantaten is die vrij evident: customisation. Elk implantaat is volkomen uniek. Daar komt bij dat je sommige structuren alleen met 3D-pinten kunt maken. Mensen met een standaardschedelimplantaat uit titanium lopen bij warm zomerweer het risico dat hun hersenen oververhitten. Omgekeerd wordt tijdens het zwemmen zo veel warmte aan hun hoofd onttrokken dat ze kunnen flauwvallen. We hebben aangetoond dat een poreuze titaanstructuur hetzelfdethermische gedrag vertoont als menselijk bot. Daar heb je 3D-printen voor nodig. In de luchtvaartsector liggen bij hoge buy-to-fly- ratio's (circa 90%) eveneens kansen, voornamelijk vanwege de gewichtsbesparing in combinatie met extra functionaliteit. Net zoals voor medische toepassingen dienen ook luchtvaartcomponenten te worden gecertificeerd en gevalideerd. Hier ligt nog veel werk op de plank, doch de luchtvaartsector is daar volop mee bezig. Tussen dit en vijf jaar zal het probleem van certificering van de baan zijn. Validatie daarentegen zal nog wat meer tijd en academisch onderzoek vragen, o.m. naar het effect van de hogere ruwheid van de geprinte stukken op dynamische toepassingen.Je kunt ook denken aan applicaties zoals een warmtewisselaar. Door conformal cooling toe te passen en het product volledig te herontwerpen, verloopt de warmteoverdracht veel efficiënter. Op zich zal de warmtewisselaar misschien duurder uitvallen, de meerwaarde van het product is dusdanig dat het toch de moeite loont."

“Met 3D-printen is er nu een technologie die toelaat op productniveau te customisen. Dat is een enorme troef en het stimuleert lokaal produceren”

Wat kan de toeleverancier in dit verhaal betekenen? Wat is zijn rol?
“3D-printen zal de regels niet veranderen, tenminste niet op lange termijn. Omdat OEM'ers in het begin eerst zelf zullen experimenteren met de mogelijkheden van metaalprinten, zal de stap naar outsourcing wellicht iets later dan gewoonlijk worden gezet, maar uiteindelijk zal ook het 3D-printen worden uitbesteed. Wie vandaag met 3D-printen begint, moet durven op te treden als co-ontwikkelaar. In dit prille stadium weet de klant namelijk zelf niet altijd hoe een product te ontwikkelen dat de voordelen van metaalprinten optimaal benut en de nadelen omzeilt."

Van alle varianten hebben we het tot dusver alleen over Selective Laser Melting (SLM) gehad. Welke andere technieken vindt u voor metaaltoepassingen nog interessant?
“Er bestaan inderdaad verschillende varianten, en ik geloof eigenlijk dat er voor elk van die technieken toepassingen bestaan, zij het soms veeleer niche. Je hebt het binderverhaal, waarbij een binder wordt uitgebrand en er een sinterproces volgt, Electron Beam Melting (EBM), voor iets minder nauwkeurige toepassingen, en ook in het lasercladden beweegt er heel wat. Die laatste techniek is met name geschikt voor grotere structuren met minder detailleringen. Zo heeft elke variant zijn eigen plaats. Voor hybride machines die het 3D- printen met een andere technologie combineren, zoals het frezen, liggen de kaarten, volgens mij, moeilijker. De koelvloeistof vormt geen probleem, de spanen die ontstaan tijdens het verspanen eventueel wel. Ze zouden het poedermateriaal kunnen vervuilen, waardoor de grondstof niet meer kan worden gerecupereerd. Ik stel mij echter grotere vragen bij de spanningen die opgebouwd worden tijdens het printen. Die neem je niet weg door het frezen van een tussenlaag. Zeker dunwandige producten zouden wel eens kunnen kromtrekken, met als gevolg dat je alsnog moet nafrezen. Bij matrijzen stelt deze problematiek zich door de rigiditeit van het materiaal veel minder."

West-Europa stelt veel hoop in 3D-printen om de maakindustrie uit het slop te helpen. Terecht?
“Het oude productiemodel à la Ford is gebaseerd op standaardiseren. Grotere volumes betekenen lagere kosten. In die zin werd er nooit nagedacht over manieren om een product uniek te maken. Productvariatie kwam neer op een beperkte verzameling van opties. Met 3D-printen is er nu een technologie die toelaat op productniveau te customisen. Dat is een enorme troef en het stimuleert lokaal produceren. Het wordt nu almaar logischer de goederen te produceren waar je die nodig hebt, omdat er bij 3D-printen nauwelijks een (kostprijs)verschil is tussen grote en kleine volumes. Door lokaal te produceren, spaar je meteen ook dure transportkosten uit, aangezien poeder verschepen goedkoper is danhet transporteren van een afgewerkt product. Op de koop toe werk je ecologischer, een argument dat in de toekomst aan belang zal winnen. Additive manufacturing heeft dus wel degelijk het potentieel om de productie binnen West-Europa te houden."

Hoe ver staat België in het 3D-printen in vergelijking met andere landen?
“Zeker Vlaanderen eist een prominente rol op in de ontwikkeling van de technologie. Anderzijds denk ik dat we een tandje kunnen bijsteken als het gaat om het gebruik van 3D- printen. Illustratief hiervoor is dat we voor de meeste toepassingen binnen Materialise naar het buitenland moeten. Ik vind dat jammer, omdat we hier de kans hebben een leidinggevende regio te zijn, of alleszins te worden. Dat vraagt echter moed, in de eerste plaats van productontwikkelaars. Die zullen hun nek moeten uitsteken door met de geboden vormvrijheid en productvariatie aan de slag te gaan, en op zoek te gaan naar applicaties waarbij metaalprinten voor een belangrijke toegevoegde waarde zorgt, goed beseffend dat die producten in eerste instantie misschien duurder zullen zijn door de beperkte economische schaal. Toegegeven, dan neem je een risico, maar die sprong moet je wagen."