Metaal 3D-printen in de greep van technologische verandering

Stefan Leuders, hoofd Technologie & Innovatie bij voestalpine Additive Manufacturing Center in Düsseldorf, en Tim Lantzsch, hoofd Laser Powder Bed Fusion bij het Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aken, bespreken de huidige trends in Additive Manufacturing (AM), analyseren de kansen en risico’s en laten zien welke industrieën er met name van kunnen profiteren.

Wat zijn de huidige trends in Additive Manufacturing? Welke ontwikkelingen vindt u veelbelovend?

Tim Lantzsch: “Een belangrijke trend die ik zie, is dat materialen en toepassingen steeds meer worden aangepast aan de specifieke vereisten van Additive Manufacturing. Veel van de tot nu toe gebruikte materialen waren oorspronkelijk niet ontwikkeld voor additieve processen. We zien ook dat hoewel de technologie duur is, de toegevoegde waarde ervan duidelijker kan worden benadrukt door kosten te verlagen en te focussen op nichetoepassingen.”

Stefan Leuders: “De huidige trends in Additive Manufacturing zijn sterk gericht op het uitwerken hoe de specifieke voordelen van de technologie uitgebreider kunnen worden toegepast en, natuurlijk, het beter benutten ervan. Wat ik met name veelbelovend vind, is de toenemende bereidheid om lang bestaande ontwikkelingsbenaderingen te heroverwegen en ze niet één-op-één toe te passen op nieuwe producten die later mogelijk worden vervaardigd met behulp van een additieve procesroute. Voor mij gaat het niet primair om het vervangen van bestaande processen, maar eerder om het vergroten van productvoordelen door AM.”

‘Te duur’ is iets wat je steeds weer hoort in verband met AM. Met welke economische uitdagingen van Additive Manufacturing heb je te maken?

Lantzsch: “De belangrijkste economische uitdagingen liggen in de hoge kosten van systemen en materialen. Deze kosten bepalen grotendeels de componentprijzen en hier is nog veel ruimte voor optimalisatie. Bovendien is de procesbetrouwbaarheid, die nog niet wijdverbreid is, een relevante factor. We werken eraan om Additive Manufacturing te ontwikkelen van een specialistische niche naar een robuuste, breed toepasbare technologie die ook concurrerend is in massaproductie.”

Tim Lantzsch (links) en Stefan Leuders leggen de technologische obstakels van Additive Manufacturing uit, met name de uitdaging om nieuwe materialen te ontwikkelen en de procesbetrouwbaarheid bij massaproductie te waarborgen.

Leuders: “Een belangrijke economische factor is nog steeds het uurtarief van de installatie, daar ben ik het mee eens. We zien echter een toenemende beweging in termen van systeemkosten, met name gedreven door niet-Europese concurrentie, wat natuurlijk ook het aandeel van de kosten dat wordt veroorzaakt door het gebruikte materiaal vergroot en dus ook de druk om kosten te verlagen vergroot. Niettemin blijft de kwestie van kostenverlaging met betrekking tot het industriële gebruik van AM een essentiële sleutel om in de toekomst verdere toepassingsgebieden te kunnen openen.”

Wat zijn de mogelijkheden en beperkingen van Additive Manufacturing? Wat kan AM ons bieden, met name op het gebied van duurzaamheid?

Leuders: “Additive Manufacturing biedt een aanzienlijk potentieel voor duurzaamheid, met name omdat het de hoeveelheid gebruikt materiaal drastisch kan verminderen. In tegenstelling tot subtractieve productieprocessen wordt alleen het materiaal gesmolten dat daadwerkelijk nodig is voor het onderdeel. In de latere gebruiksfase zijn er vaak ook voordelen, zoals lagere afvalpercentages of kortere cyclustijden bij aluminium spuitgieten of kunststof spuitgieten, die mogelijk worden gemaakt door additief vervaardigde gereedschappen met conforme koeling. Een ander belangrijk aspect is de reparatie en reconditionering van gereedschappen en componenten, die door AM veel gemakkelijker wordt gemaakt. Dit kan de levensduur van producten verlengen en dus ook het verbruik van hulpbronnen verminderen. Er zijn echter ook uitdagingen: aangezien de technologie nog relatief nieuw is voor industrieel gebruik, is er nog steeds behoefte aan het optimaliseren van onder andere automatisering en procesbetrouwbaarheid.”

Lantzsch: “Het potentieel van Additive Manufacturing ligt vooral in het vermogen om complexe geometrieën en op maat gemaakte oplossingen te creëren die met traditionele processen nauwelijks of helemaal niet mogelijk zouden zijn. En natuurlijk kan het gerichte gebruik van materialen, waarbij alleen het materiaal wordt verwerkt dat daadwerkelijk nodig is, het verbruik van hulpbronnen verminderen. Dit is vooral relevant als je de hele levenscyclus van een product bekijkt. We moeten er echter ook rekening mee houden dat de productie en verwerking van het materiaal energie-intensief is. Bovendien is integratie in bestaande productieprocessen vaak moeilijk, omdat AM nog vaak als een op zichzelf staande technologie wordt beschouwd.”

Leuders benadrukt het potentieel van AM om duurzaamheid te verbeteren, met name door het repareren en reconditioneren van gereedschappen en componenten. Het vermogen om componenten en gereedschappen te repareren en te reconditioneren is een cruciaal aspect van een toekomstige circulaire economie.

Met welke technologische obstakels kampt Additive Manufacturing momenteel en waar doet u onderzoek naar?

Leuders: “Een cruciaal punt voor ons is de ontwikkeling van nieuwe procesroutes om te voldoen aan de technische en economische eisen van onze klanten. Ook het ontwerp en de lay-out van de op deze manier vervaardigde componenten en gereedschappen spelen een belangrijke rol. Daarnaast is AM bij voestalpine natuurlijk nauw verbonden met het thema ‘materialen’. Binnen de Groep werken we intensief aan de ontwikkeling van nieuwe materialen en hun nabehandeling om het technologische potentieel van AM ten volle te benutten.”

Lantzsch: “Precies, een van de grootste technologische obstakels waar Additive Manufacturing momenteel mee te maken heeft, is de verscheidenheid aan materialen. Veel van de materialen die momenteel worden gebruikt, zijn oorspronkelijk niet ontwikkeld voor Additive Manufacturing, wat vaak leidt tot compromissen in kwaliteit en prestaties. Om deze reden werken we samen met materiaalfabrikanten om de kwalificatie van nieuwe materialen voor Additive Manufacturing te versnellen.”

“Bij Fraunhofer ILT werken we ook intensief aan het verbeteren van de procesbetrouwbaarheid en het verder ontwikkelen van bestaande systemen, zodat additieve processen stabieler en efficiënter kunnen worden gebruikt. Een ander belangrijk onderwerp is de standaardisatie van processen om een consistente kwaliteit in massaproductie te garanderen.”

De industrie verandert dus langzaam maar zeker. Wie zijn de winnaars van deze ontwikkeling in Additive Manufacturing?

Leuders: “De winnaars op de lange termijn zijn de bedrijven die bereid zijn om strategisch te investeren in nieuwe technologieën en tegelijkertijd met de bijbehorende onzekerheden om kunnen gaan. Prominente voorbeelden uit het recente verleden zijn te vinden in de sectoren lucht- en ruimtevaart en medische technologie. Voor mij is het echter niet alleen een kwestie van economische middelen, maar soms ook een kwestie van bedrijfscultuur.”

“Aan de andere kant zullen industrieën en bedrijven die sterk afhankelijk zijn van kostengedreven massaproductie het vaak moeilijker vinden. Er zijn echter ook genoeg toepassingsgebieden hier, alleen veel meer in de gereedschapsmakerij en minder in het eindproduct.”

Lantzsch: “Ik ben het daar mee eens. De duidelijke winnaars van deze ontwikkeling zijn industrieën die afhankelijk zijn van op maat gemaakte, zeer complexe componenten en die volledig kunnen profiteren van de flexibiliteit en ontwerpvrijheid die Additive Manufacturing biedt. In de lucht- en ruimtevaart en medische technologie opent AM enorme kansen om componenten te optimaliseren en tegelijkertijd het gewicht en het materiaalgebruik te verminderen. High-end automotive engineering en motorsport zullen ook profiteren van de mogelijkheden van Additive Manufacturing, met name door de productie van lichtere en krachtigere componenten.”