Additive manufacturing: geen technologie maar oplossing

Diepgang en breedte: Oerlikon en Technische Universiteit München (TUM) proberen beide te bieden met hun AMTC, de conferentie over metaal additive manufacturing. Met méér dan 60 sprekers vanuit de hele wereld in een ééndaagse conferentie, zit het met de breedte van het programma wel goed. Maar ook na vijf edities van AMTC blijft de vraag wanneer breekt additive manufacturing door als industriële productietechnologie?

Europa moet oppassen dat we niet terugvallen doordat we niet snel genoeg vooruit gaan. Dat kunnen we voorkomen door samen te werken

Professor Thomas Hofman, president van TUM, trapt de dag af. Hij dicht AM de potentie toe om de manier waarop we producten maken, fundamenteel te veranderen. “Minder energieverbruik, minder materiaal en een nieuwe manier van recycling als deel van de circulaire economie. En decentralisatie van de productie”, somt hij de troeven van additive manufacturing op. Maar het zijn in Duitsland moeilijke tijden, met dreigende energietekorten. “In plaats van focus op ideologie moeten we open staan voor innovaties”, geeft hij een duidelijke boodschap af. Zoals additive manufacturing. Dat vergt meer samenwerking tussen alle partijen in het ecosysteem, een constatering waar Oerlikon CEO Michaël Suess zich van harte bij aansluit. De AM-industrie is sinds de eerste AMTC weliswaar flink vooruitgegaan, “we zijn nog steeds in een niche actief”. Kostprijs, industrialisatie en de herhaalnauwkeurigheid zijn nog niet waar de industrie ze wil hebben. Suess benadrukt het belang van samenwerking omdat de rest van de wereld op AM-vlak duidelijk in beweging is. “Europa moet oppassen dat we niet terugvallen doordat we niet snel genoeg vooruit gaan. Dat kunnen we voorkomen door samen te werken.” Later op de dag zullen ook andere sprekers wijzen op de snelle ontwikkelingen buiten Europa. “Elke tweede machine wordt verkocht aan China of de VS. Die zitten in de fastlane”, zegt professor Christian Seidel van Fraunhofer GCV. “We hebben meer leiders nodig die AM in hun onderneming willen brengen.” Hij verwacht overigens groei van additive manufacturing in alle sectoren van de industrie. “Overal is er veel potentieel.” Wat volgens Francesco Betti van het World Economic Forum nodig is, zijn ecosystemen, waarin de innovaties die nu vaak van kleinere bedrijven starten, makkelijk kunnen worden opgeschaald.

Oplossingen

Applicaties: daar moet meer de focus op komen te liggen, beklemtoont de Oerlikon bestuursvoorzitter. “De wereld zoekt oplossingen; antwoorden op vragen. De wereld wil zien hoe additive manufacturing bijdraagt aan een betere planeet en aan een duurzame toekomst.” Suess haalt een opmerking van Siemens AM-topman Karsten Heuser aan: de AM-industrie probeert technologie te verkopen, terwijl de wereld niet zit te wachten op technologie maar op oplossingen. De vraag waar het om gaat, aldus Suess, is hoe additive manufacturing de moderne samenleving kan waarborgen. “De manier waarop we leven, is niet duurzaam”, zo zal Peter Koert, CTO van Siemens, later die dag op de conferentie zeggen. “Additive manufacturing kan het verschil maken als het om efficiënt gebruik van grondstoffen gaat.” Als voorbeeld verwijst hij naar de test door machinebouwer Chiron: versleten tandwielen van een windturbine worden met AM gerepareerd. Hiermee bespaart Chiron 60 tot 85% energie. De inzet van 3D printers in het onderhoudsbedrijf voor treinen van Siemens is een voorbeeld hoe 3D printen de inzetbaarheid van het materiaal verhoogt. Peter Koert: “Als de treinen binnenkomen, hebben we de onderdelen geprint en kunnen we ze direct inbouwen. Minder logistieke kosten en minder afhankelijkheid van kwetsbare toeleverketens.” Maar waar biedt AM-technologie oplossingen voor? Waar de panelleden het over eens zijn, is voor elke verstoring van aanvoerketens. De oorlog in Oekraïne heeft dat dit jaar opnieuw aangetoond, klinkt het bij onder meer Nicholas Delivanakis van het DG Research & Innovation van de Europese Commissie. Duurzaamheid is een ander thema waar AM oplossingen biedt. “In het komende Horizon programma wordt circulariteit een groot thema”, zegt de EU-topambtenaar.

Waar ontwikkelt AM zich sneller? Michael Suess wees in zijn presentatie al op de ontwikkelingen in AM buiten Europa. Daar denken de deelnemers aan de conferentie blijkbaar anders over. 38% ziet in Europa de meeste progressie, gevolgd door Azië Pacific en The Americas met elk 29%. “Ik vraag me af: komt dit doordat we in München zitten”, reageert Francisco Betti, Head Advanced Manufacturing bij het World Economic Forum. Hij ziet de laatste vijf jaar juist in Amerika veel vooruitgang. “Europa is nog een van de leiders”, nuanceert Lionel Lim, Vice President van Singapore Economic Development Board. Sven Hicken, CTO van Oerlikon Surface Solutions divisie, is vooral verbaasd over de sectoren die volgens de AMTC deelnemers AM oppakken. Daarin ontbreekt de medische industrie. “Ruimtevaart is de groeiaanjager, olie en gas komen terug maar medisch was en blijft een sterke sector voor additive manufacturing.” Ook Damien Buchbinder van Trumpf ziet de medische industrie nog steeds als een van de koplopers als het om de toepassing van AM gaat. Dirk Simon, voor Farsoon president in Europa, denk dat medische industrie de aanjager was en automotive dat wordt. “Automotive gaat nu doorduwen met metaal AM, nu met de volgende systemen de kosten acceptabeler worden.”

Singapore: maritieme sector

Oerlikon en TUM hebben de toepassing van additive manufacturing centraal gesteld in de 5e AMTC conferentie. Daarbij komen in blokken toepassingen uit zowel Azië Pacific, Europa en Noord-Amerika aan bod, waarbij vooral spannend is te zien wat er buiten Europa gebeurt. Joo Hook van Sanccob Marine in Singapore trapt af voor Azië Pacific. Singapore zet sterk in op additive manufacturing voor toepassingen in de scheepsbouw en offshore industrie. In Singapore zijn ze erin geslaagd om een ecosysteem op te bouwen, waarin alle partijen inclusief de normerende en certificerende instanties betrokken zijn, evenals de verzekeraars uit de maritieme sector. Verschillende onderdelen voor de vessels zijn al geprint of worden daarvoor momenteel ontwikkeld. DNV GL heeft de eerste componenten gecertificeerd. “3D printen is een van de sleutelcomponenten in de digitale productie”, aldus Joo Hook. De grote meerwaarde ziet hij in on demand printen: voorkomen dat schepen onnodig lang stil liggen doordat onderdelen niet beschikbaar zijn. Digital warehousing, gevuld met digitale 3D modellen die printklaar zijn, en decentrale productienetwerken zijn de oplossingen die de maritieme sector volgens Hook zoekt. Op middellange termijn komt daar nog het 3D printen van structuurcomponenten bij. Een belemmering die Hook ziet, zijn de kosten: gemiddeld zijn de additief geproduceerde onderdelen 20 tot 50% duurder. IP is de tweede belemmering: nabewerken is een andere factor die de toepassing afremt. En dan speelt nog het probleem met de beperkte afmetingen van de 3D metaalprinters.

We zoeken de applicaties die niet alleen het onderdeel optimaliseren, maar het totale vliegtuig

Dat vliegtuigbouwer Boeing al lange tijd volop bezig is met additive manufacturing is bekend. Melissa Orme, Vice President Boeing Additive Manufacturing, wijst er nog eens op dat motorenleverancier GE meer dan 30 onderdelen voor de 9X motoren 3D print. “Dit zijn ook kritische turbinebladen”, voegt ze er nog aan toe. In de Boeing 787 zitten inmiddels belaste structurele componenten die geprint zijn. En Boeing zet in de satellieten inmiddels ook additive manufacturing in voor kritische onderdelen, die als ze falen ertoe leiden dat de hele missie mislukt. “Ik denk dat we er zijn”, zegt Melissa Orme, om aan te geven dat additive manufacturing productierijp is. De vliegtuigbouwer is bezig om naar onderdelen te zoeken waar additive manufacturing ervoor zorgt dat het vliegtuig gestroomlijnder wordt. “We zoeken de applicaties die niet alleen het onderdeel optimaliseren, maar het totale vliegtuig.” Dat Eaton, fabrikant van powermanagement systemen, additive manufacturing geïntegreerd heeft in de productieprocessen, is waarschijnlijk bij minder mensen bekend. Het AM center in Detroit ondersteunt niet alleen wereldwijd de fabrieken bij de implementatie van additive manufacturing, maar ook de teams die de producten ontwikkelen. Tot nog toe lag de focus op de powermanagementsystemen voor de luchtvaart, stilaan vindt AM ook de weg in de andere divisies. Jason Carroll, Vice President Global Technology: “We zien een aanzienlijke impact in onze lucht- en ruimtevaartindustrie en nu ook in onze transportsector. We kijken echt naar additief langs alle verschillende modaliteiten. We gaan als bedrijf toe naar het gebruik van additive manufacturing als onderdeel van het ontwerp op systeemniveau.” Of dat nu een omvormer of een axiale fluxmotor voor een auto is, of zeer grote krachtige solid-state transformatorsystemen: engineers van Eaton verkennen vandaag de dag op systeemniveau hoe ze met additive manufacturing het verschil kunnen maken. Daarbij wordt ook gekeken naar de volgende generatie AM-systemen, waar vooral start-ups mee bezig zijn. “We zijn zeer actief in al deze bedrijven”, aldus Jason Carroll. Eaton heeft een systematiek ontwikkeld om snel machines te valideren, zowel voor metaal als kunststof AM. Dat vergt slechts enkele dagen of hooguit weken. “Dat is de sleutel om snel additive manufacturing technologie alsook ontwerpregels naar de business te brengen en beginnen producten te maken en geld te verdienen.” Samen met de universiteit van Michigan heeft Eaton ook een ultrasoon fatique testmethode ontwikkeld om de levensduur van AM componenten te kunnen voorspellen.

Extreme product differentiatie

Jason Carroll werkt direct voor de CTO van Eaton en heeft rechtstreeks contact met de CEO en de board van het concern. Het commitment van de top is cruciaal. Additive manufacturing is niet alleen een proces dat giet-, smeed- en freeswerk vervangt. “Het past in dit nieuwe digitale tijdperk van systeemontwerp en dus is additief voor mij een productieproces dat voortbouwt op wat wij digitaal ontwerp noemen.” Gecombineerd met nieuwe materialen kun je echt onderscheidende producten maken. Uiteindelijk verwacht Jason Carroll dat we tegen 2030 materialen tot op voxelniveau exact kunnen samenstellen afgestemd op de toepassing. “Wij beginnen deze aanpak en investeringen echt te stimuleren, zodat additief meer wordt dan alleen een vervanging voor conventionele verwerking, maar een middel voor extreem productontwerp en differentiatie.” Hij is overtuigd dat de komende jaren ook kritische systemen geprint gaan worden. “De technologie is er rijp voor.”

Tijdens de conferentie werdd e formele aftrap gegeven voor een AM-cluster in München waarvan Oerlikon enTUM de voortrekkers zijn.