Werktuigbouwkunde en 3D-printen – het past!

3D-printen wordt op steeds meer gebieden toegepast. Hij is dus niet alleen toepasbaar voor privé-gebruik, maar ook in de industriële en medische sector. Hetzelfde geldt voor de verschillende gebieden van de werktuigbouwkunde – waaronder voertuigconstructie, gereedschapswerktuigen, kracht- en werkmachines, transportsystemen en lucht- en ruimtevaarttechnologie. Intussen wordt deze techniek niet meer alleen gebruikt voor de vervaardiging van prototypes, maar ontwikkelt zij zich tot een fabricagetechniek.

Aandeel van 3D-printen in machinebouw neemt gestaag toe

Volgens een enquête van de VDMA Additive Manufacturing Working Group onder de aangesloten bedrijven overwoog ongeveer de helft van de machinebouwbedrijven in 2018 additive manufacturing in te voeren of maakte al gebruik van deze technologie. Twee jaar eerder zei slechts acht procent van de ondervraagde VDMA-leden dat zij gebruik maakten van additieve vervaardiging of dat zij er in de toekomst gebruik van zouden maken. Veel bedrijven kijken nu ook naar andere toepassingen van 3D-printen, en sommige hebben al vijfcijferige bedragen geïnvesteerd in overeenkomstige systemen.

Het is bijzonder opvallend dat zowel de kunststof- als de metaalverwerking aan populariteit winnen. Ongeveer de helft van de ondervraagde bedrijven verklaarde dat zij de technologie alleen in de kunststoffensector gebruiken, de andere helft gebruikt beide varianten. Elk tweede bedrijf gebruikt ook additieve vervaardiging voor prototyping, alle andere gebruiken het ook voor de vervaardiging van gereedschap, reserveonderdelen en reeksen componenten. 3D-printen wordt dus steeds meer een integrerend onderdeel van de werktuigbouwkunde. Dit wordt nog versneld door procesveilige productiesystemen, een voortdurend groeiend scala van materialen en de ontwikkeling van steeds specifiekere processen.

Prototype- en serieproductie

Tot de meest gerenommeerde fabrikanten van 3D-printers die in de machinebouw kunnen worden gebruikt, behoren bedrijven als EOS, hp, SLS Solutions en Stratasys. Zij stellen machinebouwbedrijven in staat op kosteneffectieve en snelle wijze hoogwaardige metalen en kunststofonderdelen te produceren, zelfs in grotere volumes. Afzonderlijke onderdelen van deze 3D-printers werden ook additief vervaardigd, waaronder behuizingen voor bedieningsschakelaars voor de EOS Formiga P 100 en poedertrechters voor de EOS Formiga P 110.

Vooral in de machinebouw is het een voordeel om onderdelen in kleine hoeveelheden te kunnen vervaardigen. Met name in deze sector is er een toenemende vraag naar op maat gemaakte onderdelen en eenmalige produkties. Meestal zijn dit metalen of kunststof onderdelen. De traditionele productie ervan in kleine hoeveelheden is vaak tijdrovend en nauwelijks winstgevend. Zo zijn spuitgietgereedschappen vaak nodig voor kunststofonderdelen, waarvan de vervaardiging duur en tijdrovend is en die tegelijkertijd lange levertijden hebben. Additieve vervaardiging maakt het mogelijk complexe onderdelen in korte tijd te produceren. Hiervoor moeten alleen de CAD-ontwerpgegevens beschikbaar zijn. Zelfs veranderingen op korte termijn kunnen met de nieuwe technologie beter en vooral sneller worden doorgevoerd.

Door de gelaagde structuur van 3D-printen is bijna alles mogelijk bij de constructie van afzonderlijke onderdelen. Zelfs moeilijke structuren kunnen op deze manier worden gerealiseerd. Zo kunnen onderdelen luchtkanalen en vloeistofleidingen hebben en scharnieren. Tegelijkertijd is er ook een breed scala aan materialen en technologieën beschikbaar. Voorbeelden hiervan zijn lasermetaaldepositie (LMD), PolyJet-technologie, Directed Energy Deposition (DED), Selective Laser Sinting (SLS) en Selective Laser Melting (SLM).

Deze werktuigbouwkundige bedrijven maken al gebruik van 3D-printen

Met name in Duitstalige landen wenden steeds meer machinebouwbedrijven zich tot 3D-printing. Audi AG, bijvoorbeeld, gebruikt 3D-printers om watersproeiers te produceren die in de W12-motor worden ingebouwd, en VW gebruikt de technologie onder meer om zelden benodigde reserveonderdelen voor klassieke auto's te produceren. Airbus en Boeing gebruiken de processen om vliegtuigonderdelen zoals turbines te vervaardigen. Siemens AG is van plan wieken voor gasturbines te vervaardigen met behulp van additieve vervaardiging. Deze moeten bestand zijn tegen temperaturen van meer dan 1250 graden Celsius. De Beierse fabrikant van precisieonderdelen MBFZ Toolcraft produceert diverse producten voor onder meer de halfgeleiderindustrie, de medische technologie en de lucht- en ruimtevaart, en maakt daarbij ook gebruik van diverse 3D-printtechnologieën.

Sterk in opkomst – additieve vervaardiging in de machinebouw

De slimme industrie is steeds meer in opkomst. Er wordt vaak gesproken over Industrie 4.0. Het valt te verwachten dat onder meer genetwerkte fabrieken en misschien ook pratende machines zullen worden ontwikkeld. Met name de machinebouw profiteert aanzienlijk van additieve vervaardiging en zal er in de toekomst nog meer gebruik van maken. Hun grote voordeel – zoals hierboven reeds beschreven – is dat zelfs ingewikkelde vormen kunnen worden vervaardigd die met freesmachines of conventionele gietprocédés niet kunnen worden gerealiseerd. Bovendien zijn sommige onderdelen aanzienlijk lichter, maar ook stabieler. Productie-geoptimaliseerde” bouwmethoden worden dus “functie-geoptimaliseerd”. Het ontwerp van het onderdeel wordt dan bepaald door de functie en niet door de productie.

Tot nu toe moeten reserveonderdelen vaak nog met conventionele technieken worden vervaardigd en in voorraad worden gehouden. De trend gaat echter steeds meer in de richting van het wegwerken van opslagcapaciteiten. Additieve vervaardiging biedt nu ook de mogelijkheid om op verzoek reserveonderdelen te produceren in de metaalverwerking. Naast de 3D-printer zelf zijn alleen de ontwerpbestanden en het bijbehorende filament nodig.

Niet alleen in de automobiel- en de lucht- en ruimtevaartindustrie, maar in alle takken van de werktuigbouwkunde profiteert men onder meer van kortere productietijden voor onderdelen en een lager materiaalverbruik, aangezien de overtollige poederkorrels of additievenvloeistoffen in geschikte containers kunnen worden opgevangen en in het volgende drukproces kunnen worden hergebruikt. Er zullen zich zeker talrijke nieuwe ontwikkelingen voordoen waaraan wij nu nog niet eens durven denken.