Waar staan de toeleveranciers nu met 3D metaalprinten?

John Hagelaars van De Valk Additive, onderdeel van Anvil Group, is een van de voorlopers in de Nederlandse AM-industrie. Tien jaar geleden stapte hij met hoge verwachtingen in. Nu is hij bezig met de eerste concrete orders voor serieproductie met 3D printen van metalen componenten. “Het begint door te druppelen bij de hoogtechnologische bedrijven”, zegt hij. “Hun leitmotiv voor additive manufacturing is echter veranderd.”

Gebrek aan capaciteit

De voorbije jaren hebben de precisieverspaners die met 3D metaalprinten bezig zijn vooral geprobeerd de businesscase rond te krijgen door op de typische voordelen van additive manufacturing te wijzen. Optimalere positionering van koelkanalen bijvoorbeeld. Of gewichtsreductie door topologie optimalisatie. De vaak organische gevormde, complexe componenten waren elk jaar wel te zien op de Precisiebeurs. Anno 2023 blijkt het motief vooral capaciteitsgebrek in de supply chain te zijn. “Tien jaar geleden heette het freedom of design als het over 3D metaalprinten ging. Hoe moeilijker het stuk, des te makkelijker te printen”, zegt Henk Jansen, directeur van FMI Additive.

De wereld is tot bezinning gekomen, constateert hij. “De meerwaarde die men nu in 3D metaalprinten ziet, is dat je samenstellingen makkelijker kunt maken, in minder processtappen. En zolang het om kritische delen gaat, zijn we met de prijs concurrerend.” FMI Additive wil met kritische titanium onderdelen voor de halfgeleiderindustrie een tweede markt ontwikkelen naast die voor medische implantaten, waarvoor de serieproductie loopt.
“Voor sommige system suppliers hebben we al productie opgestart, vaak van manifoldachtige, dunwandige producten. Voor ASML zijn we bezig de kwalificatie en validatie af te ronden.” Dit zijn oorspronkelijk bijvoorbeeld freesstukken met inwendige koelkanalen die vervolgens aan elkaar worden gelast middels laserlassen. Niet iedere toeleverancier heeft het laserlassen in huis, dus moeten delen getransporteerd worden, na het laserlassen getest op lekdichtheid en dan weer terug naar de toeleverancier voor de mechanische nabewerking. Als je al die stappen bij elkaar optelt, scheelt in één keer 3D printen en binnen hetzelfde bedrijf mechanisch nabewerken veel doorlooptijd.

FMI Additive wil met kritische titanium onderdelen voor de halfgeleiderindustrie een tweede markt ontwikkelen naast die voor medische implantaten, waarvoor de serieproductie loopt.

Dit heeft de ogen van hightech OEM’s geopend voor additive manufacturing. John Hagelaars: “Niet de directe kosten staan op 1, maar hoe je het proces kosteneffectiever maakt. Dat gaat niet alleen over krullen maken, maar ook over logistiek, footprint, circulaire economie et cetera. Wij kunnen in onderdelen voorzien nu er capaciteitstekorten zijn in de supply chain.”

Tot 80% precisietechnologie nodig

AM is niet een kwestie is van printen, strik erom en naar de klant sturen. Nee, de toeleveranciers die momenteel succesvol zijn met additive manufacturing, bieden een complete oplossing aan. Inclusief de mechanische nabewerking om tot maatnauwkeurigheden van enkele microns te komen en Ra-waarden van oppervlakken ver onder 1 micron.
“Na het printen kom je in de problemen die bij elke order terugkomen”, zegt Hagelaars het recht voor zijn raap. AM is slechts één stap in het hele proces. Zowel FMI Additive als De Valk Additive zijn toeleveranciers die het totale proces leveren en de meeste stappen in eigen huis doen of bij een zusterbedrijf. “Printen alleen is helemaal niks. Je moet met een frezer hebben gepraat om tot iets te komen”, zegt Hagelaars. “Je hebt soms tot 80% precisietechnologie nodig; je moet kennis hebben van het klassieke draaien en frezen.” Een voorbeeld is het reinigen: De Valk Additive haalt de Grade 2 eisen van ASML, iets waarvan jaren geleden de OEM’s dachten dat het niet kon. Hij vindt het AM for Precisionplein daarom goed passen bij de Precisiebeurs. “Veel beter dan een solo AM event.”

Kwaliteitsborging

Een belangrijke stap in dit proces is kwaliteitscontrole. Juist dit is een niet te veronachtzamen kostenfactor. FMI Additive heeft daarmee veel ervaring opgedaan bij het 3D printen van titanium implantaten voor grote medische bedrijven. Henk Jansen denkt dat de kwaliteitsprocedures van de medische industrie en de semicon elkaar niet veel ontlopen. In de medtech industrie moet FMI Additive aantonen dat zowel het eerste als het vijfduizendste implantaat goed, sterk en schoon is.

Valideren van processen voorkomt dat je elke component apart moet gaan controleren. Net als het meeprinten van trekstaafjes en testcoupons om te bewijzen dat als product 1 goed is, ze allemaal goed zijn zonder dat elk product door de CT scan moet. Jansen: “Er zijn accentverschillen met de halfgeleiderindustrie, maar in principe vlieg je de processen voor kritische hightech delen hetzelfde aan. Deze validatie gaat verder dan het printen zelf. Je dient ook aan te tonen dat poederhandling, het reinigen van een machine, het zeven van poeder et cetera volgens één vaste procedure gebeurt.”

Toegevoegde waarde toeleverancier

Als een van de AM-technologie leveranciers op het AM for Precision plein op de Precisiebeurs biedt Renishaw software aan die juist bedoeld is om buildjobs die door de engineers van een OEM zijn ontwikkeld, precies zo te printen bij een toeleverancier. Een end-to-end oplossing voor kritische delen. Philippe Reinders Folmer, directeur Renishaw Benelux: “Alle parameters zitten in het bestand. De operator kan er niks aan wijzigen. De enige factoren die van invloed zijn, zijn dan zaken als de gasstroom, het reinigen en poederhandling.”

Renishaw wil hiermee de invloed van de operator op de eindkwaliteit minimaliseren en zo voor een constante kwaliteit zorgen. Dat lijkt minder aantrekkelijk voor de toeleveranciers, want wat voeg je dan nog toe? Reinders Folmer: “De toegevoegde waarde van de toeleverancier zit in het nabewerken van de stukken, inspectie en ultraschoon afleveren. En niet in het printproces zelf. Daarin moeten zo min mogelijk variabelen zijn.”

Ondersteuning vanuit IAMM

Om de Nederlandse metaalindustrie te ondersteunen bij de implementatie van additive manufacturing, hebben enkele hogescholen (Fontys, Windesheim en Saxion) hun expertise gebundeld in een duurzame samenwerking: Industrieel AM in Metalen (IAMM). Daarin participeren ook universiteiten (Delft, Enschede), techbedrijven en andere organisaties. Op de Precisiebeurs in Den Bosch heeft het projectteam een loket waar beursbezoekers met vragen terecht kunnen.

De hogescholen willen met hun partners de industrie helpen de kansen te herkennen en te benutten. Rein van der Mast (Fontys Hogeschool), initiatiefnemer van IAMM: “Uiteindelijk moet de markt additive manufacturing gaan trekken in plaats dat een handvol Willie Wortels blijft duwen. Daarvoor dient het niet alleen over techniek te gaan, maar over de hele keten.
De ketens zijn immers verbonden met de markt, niet de techneuten.” Het IAMM loket biedt laagdrempelige toegang tot kennis, opleidingen, testfaciliteiten en zo voort. Voor metaalprinten beschikt men bij de partners over meerdere technologieën naast het bekende laser poederbed printen. Denk aan de DED-technologie van Meltio en cold spray, relatief onbekende technieken die echter heel goed passen bij verspaners.

Om de metaalindustrie te ondersteunen bij de implementatie van AM, hebben enkele hogescholen hun expertise gebundeld in de samenwerking IAMM. Op de Precisiebeurs is er een IAAM loket waar bezoekers met vragen terecht kunnen.

Wat is er nodig?

Zijn deze en andere nieuwe technologieën nodig om AM verder te laten landen? John Hagelaars vindt dat er een betere koppeling moet komen tussen het additieve en het verspanende proces, bijvoorbeeld met nulpunt opspansystemen, zodat je vanuit de metaalprinter direct onderdelen op een 5-assig bewerkingscentrum kunt plaatsen.

Sommige fabrikanten zijn daarmee bezig. “Maar het zijn echt nog twee werelden, daar valt nog veel te winnen.” Henk Jansen verwacht dat (nu de markt volwassen wordt) andere printtechnieken beter geaccepteerd zullen worden. Bijvoorbeeld Electron Beam Melting, de Arcam technologie waarmee FMI Additive grote series implantaten print. In de precisie-industrie is het vooral Laser Powderbed Fusion wat de klok slaat. “Terwijl electronbeam als voordeel heeft dat we in vacuüm printen bij een hoge temperatuur en daardoor bijna geen spanningen opbouwen. En we kunnen supportvrij printen.”

Gaat de AM-markt nu groeien?

Gaat de Nederlandse AM-markt nu eindelijk groeien? John Hagelaars verwacht dat AM nog een jaar of vijf een niche technologie blijft. Hij ziet nog weinig andere hightech sectoren dan de halfgeleiderindustrie bewegen. Daar kan het IAMM loket bij helpen. Een echte doorbraak zal vanuit de engineers komen, als zij echt gaan engineeren vanuit de mogelijkheden die 3D printen biedt. Dat staat nu nog in de kinderschoenen. Henk Jansen verwacht dat de acceptatie geleidelijk zal blijven gaan, zoals het eigenlijk met elke nieuwe technologie gaat.

Het AM for Precision plein op de Precisiebeurs telt 14 exposanten en er is een meeting area waar bezoekers in alle rust zaken met deze deelnemers kunnen bespreken.