Gevestigde orde omarmt 3D printen 

Als er één marktsegment is dat verandert en innoveert, is het wel de groep bedrijven die additive manufacturing-technologie ontwikkelt. Toch vind je op de komende TechniShow weinig nieuwe spelers uit de AM-industrie. Dat betekent geenszins dat het thema 3D-printen niet speelt op de beurs voor de maakindustrie. De grootste verandering sinds de vorige editie is misschien wel dat de machinebouwers uit de ‘oude wereld’ één voor één instappen. 

Er worden steeds grotere bedragen geïnvesteerd in bedrijven die technologie, software of materialen ontwikkelen voor additive manufacturing. AMT, de Amerikaanse sectororganisatie voor productietechnologie, heeft onlangs berekend dat investeerders gemiddeld elk jaar 28% méér investeren in AM-bedrijven. De enige dip sinds 10 jaar vond plaats in 2020. Met ruim 1,2 miljard dollar vers kapitaal hebben de investeerders deze dip vorig jaar meer dan goed gemaakt. AMT heeft vooral gekeken naar investeringen die publiekelijk bekend zijn gemaakt. Dit betekent dat geen rekening is gehouden met de investeringen die bestaande machinebouwers in de ontwikkeling van 3D-printtechnologie deden. 

Versnelling

Op dat laatste punt hebben de analisten misschien wel een slag gemist. Fabrikanten van metaalbewerkingsmachines stappen een voor een in de wereld van 3D-metaalprinten. Hoewel een machinebouwer als Trumpf twintig jaar geleden al in de sector stapte, zijn het vooral nieuwe spelers geweest die hun plek opeisten. Denk aan bedrijven zoals EOS, SLM Solutions, Sciaky, en sinds een aantal jaren in Nederland Additive Industries. Additive manufacturing begint geleidelijk een technologie te worden die naast andere productietechnologieën op beurzen zoals de TechniShow wordt getoond. Dit betekent dat de technologie begint te landen in de reguliere maakindustrie. Dat gebeurt nu nog mondjesmaat en eigenlijk te langzaam. Precies daarom heeft FME AM-Netwerk in het leven geroepen. Hierin werken stakeholders uit de hele Nederlandse waardeketen samen om de voordelen van de technologie onder de aandacht te brengen van Nederlandse OEM’s. “De toepassing van additive manufacturing bij onze leden heeft nog niet de versnelling die we ambiëren om de concurrentiekracht te vergroten”, zegt Amber Fiechter, business development manager Innovatie bij FME. Daarom is nu het moment om de handen ineen te slaan en de ontwikkeling van AM-toepassingen te versnellen. “We kunnen additive manufacturing inzetten als enabling technology”, legt Fiechter uit. 

Aanjager

Dit besef, dat additive manufacturing de sleutel is naar bijvoorbeeld kortere supply chains, lichtere producten en duurzamer en meer circulair materiaalgebruik, is ook tot de traditionele CNC-machinebouwers doorgedrongen. Sommige ervan zijn al langer actief in de AM-wereld, zoals Renishaw, dat zo’n tien jaar geleden instapte. Hermle zit met de MPA-technologie, die het uitsluitend als service aanbiedt, eveneens in de kopgroep qua machinebouwers. MPA is een thermisch spuitproces waarbij metaalpoeders met zeer hoge snelheid, dankzij de gasstroom, op het oppervlak worden gedeponeerd. Valk Welding is met Wire Arc AM eveneens vroeg ingestapt en heeft inmiddels de eerste WAAM-cellen uitgeleverd aan klanten in de olie- en gasindustrie. DMG Mori zit ook in deze groep, met zowel laserpoederbed AM-systemen als Directed Energy Deposition (DED), maar dan met laser als energiebron, en zelfs hybride machines waarin DED en CNC-draaien of -frezen worden gecombineerd. Dat de technologie een plaats krijgt in de toekomstige gereedschapskist van het metaalbedrijf wordt quasi-bevestigd door de machinebouwers die heel recent zijn ingestapt. Neem Chiron als voorbeeld; deze Duitse machinebouwer heeft de AM Cube (oplassen met draad of poeder met een robot) weliswaar al een jaar of vier geleden voor het eerst getoond, maar lijkt nu de eerste toepassing te hebben gevonden: het herstellen van afgesleten gereedschappen voor bijvoorbeeld de smeedindustrie, en het herstellen van tandwielen in windturbines. De gemeenschappelijke noemer is duurzaamheid. De grote winst zit in de energie- annex CO2-besparing: het additief en subtractief repareren van een 230 kilogram zwaar tandwiel levert 83% energiebesparing op ten opzichte van de productie van een heel nieuw tandwiel. Zelfs als gerecycled staal wordt gebruikt voor een nieuw tandwiel, bedraagt de besparing vele tientallen procenten. “Als je ‘near net shape’-vormen print speelt de muziek momenteel bij reparatie en coating”, aldus Axel Boi, hoofd AM bij Chiron. Opvallend is dat machinebouwers vaak voor DED-technologie kiezen, zoals ook Mazak en Okuma doen. Begrijpelijk, want deze technologie staat qua programmeren dichtbij de CNC-machines. 

Laserpoederbed-technologie

Andere machinebouwers zien meer heil in de klassieker onder de 3D-metaalprinters, de laserpoederbed-fusiontechnologie. Index Werke, fabrikant van geavanceerde CNC-draaitechnologie, heeft vorig jaar een meerderheidsbelang genomen in One Click Metal. Deze start-up uit het incubatorprogramma van Trumpf heeft een poederbedmetaalprinter ontwikkeld, de MPrint+, die zowel eenvoudig is te bedienen als een laag prijskaartje heeft. Een startpakket (printer en uitpak/zeefstation) begint bij ongeveer 125.000 euro. Ook de Zwitserse slijpgroep United Grinding kiest voor deze technologie. Tijdens Grinding Hub in Stuttgart heeft het slijpconcern de door dochter IRPD ontwikkelde en gebouwde Impact 4530 voor het eerst getoond. “Additive manufacturing is een transformatieve technologie en zal in de toekomst een steeds belangrijkere rol spelen voor de industrie”, verklaart Stephan Nell, CEO van de United Grinding Group, de beslissing om deze machine te ontwikkelen. De Zwitsers kiezen direct voor een AM-machine die meespeelt in het hogere marktsegment, met twee of vier lasers van elk 1000W. IRPD heeft meteen gekeken hoe het AM-proces verder kan worden geïndustrialiseerd, en integreert daarom een automatische wisselaar in de machine. Dit betekent dat een kwartier nadat een buildjob klaar is, de volgende wordt gestart. In de machine wordt de bouwkamer automatisch gewisseld. Qua besturing is voor dezelfde oplossing gekozen als bij de slijpmachines, namelijk de nieuwe C.O.R.E.-technologie. 

AM-integratie

Niet alleen het gegeven dat machinebouwers instappen, is een teken dat de AM-technologie productierijp wordt. Ook het feit dat vrijwel alle grote CAM-ontwikkelaars een AM-pakket voor de Cadcam-oplossing hebben, wijst in deze richting. Siemens loopt hierin voorop, met NX, waarmee men ook buildjobs voor verschillende AM-systemen kan programmeren. HyperMill richt zich op zowel DED-technologie als op laserpoederbed-fusion. De bewerking wordt in hetzelfde programma opgeslagen als de CNC-nabewerking. Met Virtual Machining worden zowel de additieve als subtractieve bewerkingen gesimuleerd. Een van de features is dat de software automatisch rekening houdt met materiaal dat nodig om het onderdeel op te spannen. Verandert er iets aan het model, dan verandert dit automatisch mee. Dassault Systèmes biedt zowel in Solidworks als Catia de software voor het programmeren van metaalprinters aan. Bij SolidWorks verschuift de software steeds meer richting het 3DExperience-platform. Hierbij zijn meerdere tools voor additive manufacturing beschikbaar, ofwel om printopdrachten voor een poederbedsysteem te programmeren, ofwel om simulaties uit te voeren. Elk 3D-model kan vanuit het 3DExperience-platform als STL- of 3MF-file worden weggeschreven om de werkvoorbereiding eventueel in een andere pakket te doen. Dat is echter niet de digitale continuïteit die de sector voor ogen heeft. Daarom heeft Dassault Systèmes voor de gebruikers van Delmia Powderbed Fabrication of Simulia Additive Manufacturing Scenario een koppeling ontwikkeld voor de 3D-metaalprinters van EOS. Hiermee kan men zowel native Catia- als Solidworks-data gebruiken om de print voor te bereiden en het volledige proces te simuleren. De simulatie geeft onder meer inzicht in waar er interne spanningen gaan optreden en waar het werkstuk door de warmte zal vervormen. Wie het 3DExperience-platform gebruikt, kan daar een digital twin van de EOS-machines voor gebruiken. De Delmia Powderbed Fabrication-app berekent op basis van de simulatieresultaten de vectorbanen voor de scanner in de EOS-printer. Deze data kan men opslaan voor later, of men kan direct vanuit de Dassault-software de EOS-printer aansturen. 

Verdere industrialisatie

Ook Hexagon werkt met meerdere partijen samen om 3D-metaalprinten verder te industrialiseren. De generative design-software van Hexagon kan direct gekoppeld worden aan de 3DXpert CAM-software. 3DXpert was oorspronkelijk de CAM-software voor de metaalprinters van 3D Systems, maar maakt tegenwoordig onderdeel uit van het platform van Oqton, de Belgische ontwikkelaar van MES-software. 3DXpert werkt met verschillende AM-platformen. Hexagon heeft ook in de Esprit CAM-software een AM-module voor laserpoederbed-metaalprinten geïntegreerd. Daarmee kan men de voorbereiding van een buildjob op een metaalprinter in hetzelfde CAM-programma programmeren als het CNC-nabewerken, zelfs als dat op een draadvonkmachine gebeurt. De Esprit AM-software ondersteunt de programmeur bij het genereren van supportstructuren. Deze kan men als presets opslaan voor toekomstig gebruik. Na het slicen worden de belichtingsstrategieën geprogrammeerd. Op het vlak van DED-technologie werkt Hexagon samen met 3D-printerfabrikanten zoals Sciaky, DM3D, Meltio, pro beam en Gefertec (eigendom van EMAG). Met simulatiesoftware optimaliseert Hexagon de hoeveelheden materiaal die een printer kan printen en de nauwkeurigheid waarmee dit gebeurt. Hiervoor wordt de technologie van Simufact Welding ingezet. Bijzonder is de samenwerking met het Spaanse Meltio, dat naast een stand-alone 3D-metaalprinter ook een DED-kop voor op een robot bouwt en zelfs een unit die geïntegreerd kan worden in een CNC-bewerkingscentrum. Met Esprit CAM kan men dan beide bewerkingen programmeren, simuleren en optimaliseren. 

Post-processing

De laatste stap in het AM-proces is het nabewerken; niet zozeer met CNC-machines maar veel meer het glijslijpen en andere oppervlaktebewerkingen om de Ra-waarde van 3D-geprinte onderdelen omlaag te brengen. Ook in dit segment van de AM-markt manifesteert old skool-technologie zich nadrukkelijk, maar dan in een nieuw jasje. Onder de merknaam AM Solutions heeft Rösler inmiddels een complete lijn machines in de markt gezet voor het bewerken van het oppervlak van 3D-geprinte werkstukken. Eind verleden jaar heeft AM Solutions de S1 Wet geïntroduceerd. Deze machine is ontwikkeld om automatisch restpoeder van metalen componenten te verwijderen en het oppervlak te verdichten. Afhankelijk van de kwaliteit die van het metaalprintsysteem komt, kunnen met de S1 lage Ra-waarden worden gehaald. Deels lukt dit zelfs met het oppervlak van caviteiten en inwendige kanalen. Doordat het om een natte bewerking gaan, voldoet het systeem aan ATEX-eisen. In Nederland is Leering Hengelo al een aantal jaren actief in de AM-industrie, met de Normfinish-trommelsystemen. Daarnaast levert Leering ook systemen voor shot peening om het oppervlak te verdichten en oplossingen om het overtollig poeder te verwijderen. 

De algehele conclusie? Vraag op de TechniShow de aanbieders van klassieke metaalbewerkingstechnieken naar de AM-oplossingen in hun portfolio. Daar hoort additive manufacturing thuis: een technologie naast frezen, draaien, vonkeroderen, oppervlaktebewerken, enzovoort. Met nadruk op ‘naast’, niet ‘in plaats van’.