Lights out factories met AM 2.0

Desktop Metal AM-technologie zet reshoring en manarme productie in nieuw perspectief

Desktop Metal Additive Manufacturing 2.0 maakt 3D metaalprinten toegankelijk voor bedrijven die mede met hun kostprijs moeten concurreren, stelt Desktop Metal CTO Jonah Myerberg. Daarmee vult het Amerikaanse concern de ontbrekende stap naar digitale productie in. Reshoring en het tekort aan vakmensen staan plots in een heel ander perspectief.

Lights out factories: dat is het ultieme doel van de maakindustrie. Met automatisering en robotisering is de industrie al ver in deze richting opgeschoven. De ontbrekende schakel is de fysieke productie van componenten vanuit een digitaal model. Traditionele productietechnieken zoals CNC verspanen, persen en gieten hebben hun beperkingen, zoals de beperkte vormvrijheid, het instellen van machines, het materiaalverlies én het feit dat mass customization niet kan omdat dan de kosten te hoog oplopen. “Met Additive Manufacturing kunnen we deze stap wel zetten. AM is een digitaal proces; vanuit het 3D model gaan we direct naar het fysieke onderdeel, zonder tooling”, zegt Jonah Myerberg, co-founder en CTO van Desktop Metal. De AM-technologie van Desktop Metal zorgt hierbij voor de snelheid om daadwerkelijk naar volumeproductie te gaan. “Additive Manufacturing 2.0 betekent de transitie van prototypes en enkelstuks printen naar serieproductie met Additive Manufacturing.”

Waarom is binder jetting snel?

De geavanceerde printkoppen van de Desktop Metal metaalprinters Shop System en Production System zorgen in combinatie met de gepatenteerde Single Pass Jetting technologie voor de snelheid in het 3D printproces en daarmee voor lagere cost per part. In deze koppen zitten 70.000 nozzles verdeeld over 5 rijen. Daarmee kan het bindmiddel sneller en nauwkeuriger op het poederbed worden gejet. Desktop Metal doet hier met de gepatenteerde Single Pass Jetting technologie nog een schepje bovenop. Het aanbrengen van de nieuwe poederlaag en het jetten van het bindmiddel gebeuren in één beweging. In plaats van vectorbanen printen, printen de machines van Desktop Metal een volledige laag in één keer. Hierdoor is de technologie 100 keer sneller dan vector gebaseerde AM-technieken, zoals Powderbed Fusion. “We printen onderdelen in uren in plaats van dagen. Dat betekent massaproductie”, zegt Jonah Myerberg. Daarbij maakt het voor het systeem niks uit of de buildbox vol zit met honderden identieke onderdelen of producten die geometrisch verschillen van elkaar. “Wij zijn geometrisch agnostisch als we 3D printen.”

Jonah Myerberg: volgende generatie machines wordt geen vervanging maar aanvulling op bestaande AM-systemen

Robuuster sinterproces

Een tweede beslissende doorbraak die Desktop Metal gerealiseerd heeft, is het vereenvoudigen van het sinterproces. De binder jetting systemen produceren ‘groene’ onderdelen, net als bij MIM (Metal Injection Molding). Hierin houdt het bindmiddel het poeder bijeen. Na het verwijderen van los poeder worden de onderdelen in een oven gesinterd. De warmte wordt heel gecontroleerd in het werkstuk gebracht waardoor materiaaldichtheden tot meer dan 99% ontstaan. Er ontstaan geen restspanningen. Wel krimpen de onderdelen. De Live Sinter software van Desktop Metal compenseert automatisch hiervoor. Met deze software kan zelfs vooraf gecompenseerd worden voor eventuele vervormingen. Jonah Myerberg: “Omdat we de beperkingen van binder jetting goed begrijpen, kunnen we met Live Sinter, een FEM analyse tool (Eindige Elementen Methode), vooraf aanpassingen doen aan het 3D model om direct een maatvast onderdeel te printen en sinteren.” Deze software is nog lang niet uitontwikkeld, aldus de CTO van Desktop Metal. Het proces zal nog robuuster worden.

Game changer

Jonah Myerberg ziet de AM-technologie van Desktop Metal als een game changer die de maakindustrie eens in de veertig, vijftig jaar meemaakt. “De ware kracht van AM 2.0 is dat we de toelevering van onderdelen robuuster en betrouwbaarder maken. Met reshoring halen we spanningen uit de toeleveringsketens weg.” OEM’s en maakbedrijven kunnen activiteiten terughalen naar hun eigen regio, omdat ze minder afhankelijk worden van de beschikbaarheid van geschoolde operators. “Met AM 2.0 houdt één ervaren operator een hele fabriek draaiende. Zo worden supply chains minder afhankelijk van onzekere variabelen.” Met name het Shop System leent zich voor de toeleveringsindustrie omdat het een echte plug and play oplossing is waarvoor Desktop Metal de materialen en de instellingen levert. “Daags na de installatie print je ermee.”

Concurrerende technologie

De mechanische eigenschappen van de geprinte onderdelen liggen hoger dan die van gietstukken. Deze eigenschappen zullen verder verbeteren doordat momenteel met name in Europa materialen specifiek voor de technologie worden ontwikkeld. Qua kostprijs concurreert de technologie bij bepaalde applicaties al met gieten en zelfs CNC-frezen, zeker als de series klein zijn. En de voordelen zullen alleen maar groter worden naarmate engineers meer specifiek voor Additive Manufacturing gaan ontwerpen. Jonah Myerberg: “Velen herkennen de meerwaarde van Additive Manufacturing, maar ze weten nog niet hoe te designen voor AM. Complexe geometrieën, ondersnijdingen, het consolideren van meerdere losse componenten in één onderdeel: dat maakt Additive Manufacturing aantrekkelijk.”

Tweede generatie machines

De beperking is tot nog toe de afmetingen: maximaal 5 à 10 centimeter. Johan Myerberg verwacht echter dat deze afmetingen de komende jaren met een factor 4 tot 5 gaan toenemen als Desktop Metal de tweede generatie van Shop en Production System op de markt brengt. Kun je dan niet beter wachten met investeren totdat de nieuwe generatie productierijp is? Nee, zegt de CTO. Als de huidige applicatie qua geometrie en complexiteit maakbaar is, stap dan nu in om de technologie te doorgronden, adviseert hij. “De volgende generatie van onze machines wordt geen vervanging van de huidige maar een aanvulling.” Ze zullen de bestaande systemen over enkele jaren absoluut niet overbodig maken. “De toekomstige AM-systemen openen nieuwe markten, waar de huidige systemen nog niet rijp voor zijn.”

Automobielindustrie

De laagdrempeligheid van de twee AM-systemen van Desktop Metal biedt zowel de automotive industrie als de bredere machinebouw industrie toegang tot Additive Manufacturing. Vanwege de hoge kosten van Laser Powderbed Fusion, bleef 3D metaalprinten tot nog toe vooral beperkt tot lucht- en ruimtevaartbedrijven waar de kostenefficiënctie op een heel ander niveau ligt. “Met binder jetting brengen we kosten naar het niveau van andere productietechnieken, zonder dat je in gereedschappen hoeft te investeren én met de mogelijkheid van mass customization. Zo 3D print BMW al onderdelen voor de M- serie modellen. En ze pushen de techniek nu bij hun Tier 1 en 2 toeleveranciers.”

https://www.layertec.nl