Interview met Professor Ian Campbell: Design for Additive Manufacturing pionieren aan Loughborough University

Professor Ian Campbell is een toonaangevende onderzoeker aan Loughborough University, waar het Design for Additive Manufacturing (DAM) programma herschrijft hoe complexe onderdelen geconcipieerd en geproduceerd worden. Met meer dan veertig peer-reviewed publicaties, fungeert hij als editor van het Rapid Prototyping Journal en is hij sinds 2014 consultant voor Wohlers Associates.

In dit interview verkennen we de evolutie van additieve manufacturing (AM), de rol van automatisering, en de belofte van mass-customisatie en hybride productie.

Q: Hoe werd u voor het eerst betrokken bij AM?

Ik begon mijn reis tijdens een Master-programma aan Warwick University in 1993, toen stereolithografie nog een nascent technologie was. Een verhuizing naar Nottingham University later dat jaar gaf me toegang tot de campus-stereolithografie-machine, en ik focuste mijn PhD op de relatie tussen ontwerp en rapid prototyping.

Mijn premisse was dat rapid prototyping zou evolueren naar een full-scale productieproces - een visie die weinig zich in de jaren 90 konden voorstellen. Als dat waar was, zouden ontwerpers moeten leren hoe specifiek voor het te ontwerpen. Dat werd de kern van mijn doctoraalonderzoek.

Q: Ironisch, vandaag is design for additive manufacturing een groot gespreksonderwerp. Waar staan we daarmee, en wat voor vooruitgang moet er gemaakt worden?

Vooruitgang is ongelijk. Bepaalde bedrijven, met name in luchtvaart, benutten al AM's sterktes voor verlichting, ingewikkelde interne geometrieën en topologie-optimalisatie. Echter, veel ontwerpers hebben nog steeds geen diep begrip van AM's mogelijkheden en hebben niet de kans gehad om hun workflows eromheen te herimagineren.

Er is een opvallende kennisgap in de ontwerpgemeenschap. Nieuwe afgestudeerden ontvangen nu onderwijs dat AM omvat, maar geseasonde professionals hebben vaak blootstelling aan de technologie nodig om de voordelen te ontgrendelen.

Deze kloof is een kernfocus van het nieuwe Masters-programma dat we onlangs lanceerden, wat studenten voorziet van zowel theoretische kennis als hands-on ervaring.

Q: Waar ziet u design for AM over vijf jaar?

Vijf jaar vanaf nu, anticipeer ik een bredere erkenning van AM als een haalbare productieroute, wat wijdverspreide adoptie van design-for-AM-principes zal aanjagen - met name bij de volgende generatie ontwerpers die vanaf dag één in de technologie getraind zullen zijn.

We verwachten ook een stroomopwaarts in ontwerpautomatisering. Tools zoals topologische optimalisatie bestaan al, en opkomende software kan automatisch roosterstructuren genereren, wat de bottleneck van handmatige geometriecreatie elimineert. Een rijker ecosysteem van automatiseringstools zal essentieel zijn om AM's potentieel ten volle te benutten.

Uiteindelijk zal een uitgebreide suite geautomatiseerde ontwerptools de gehele workflow stroomlijnen, van concept tot afgerond onderdeel.

Q: Automatisering is een sleuteltrend in AM nu. Hoe ziet u automatisering evolueren voor AM?

Huidige AM-processen vertrouwen nog zwaar op handmatige arbeid. Automatisering kan onderdeelplaatsing optimaliseren, bouwtijden voorspellen, en oppervlakteafwerking simuleren op basis van oriëntatie. Toekomstige systemen zullen closed-loop feedback hebben, automatisch parameters aanpassend om kwaliteit mid-build te verbeteren.

Recente software stelt ontwerpers in staat om kritieke constraints in te voeren - contactpunten, krachtbelasting - en het CAD-systeem de geometrie autonoom laten groeien, complementerend traditionele topologie-optimalisatie die materiaal verwijdert.

Er is substantiële kans om automatisering uit te breiden over de waardeketen, van ideatie tot post-processing.

Q: U leidt momenteel een onderzoeksproject over customisatie voor de automotive-industrie. Kunt u me er meer over vertellen?

Het project partners met Roemeense leveranciers om gecustomiseerde componenten voor automotive-toepassingen te verkennen. Pilot-studies onderzoeken functionele customisatie - zoals vering-tuning voor rijstijlen - en esthetische customisatie, zoals ergonomische handvaten of dashboard-contouren.

Q: Wat hoopt u te bereiken met de pilot-studies?

Ons doel is om mass-customisatie toolkits te ontwikkelen die fabrikanten laten een standaardonderdeel creëren en dan eindgebruikers parameters laten aanpassen, resulterend in een geco-gecreëerd product. We onderzoeken interface-ontwerp, parameterlimieten en de toegevoegde waarde die consumenten waarnemen.

We streven ernaar het ontwerpproces te verschuiven zodat de fabrikant een basis of onafgerond ontwerp levert, en de klant het finaliseert - een benadering die gebruikersbetrokkenheid en product-eigenaarschap bevordert.

Q: Ziet u deze vorm van "co-creatie" als iets dat in de toekomst meer gangbaar zal worden in 3D-printen?

Co-creatie is al aanwezig in beperkte vormen - bijv. Mini's product-customisatieopties. Echter, volledig aanpasbare functionele onderdelen zijn nog zeldzaam, grotendeels omdat fabrikanten veiligheid, functionaliteit en kosteneffectiviteit moeten garanderen. Voortgezet onderzoek is nodig om die kloof te overbruggen.

In sectoren als automotive, vereist het toestaan aan gebruikers om een onderdeelsvorm te wijzigen rigoureuze validatie. Sommige bedrijven staan open voor beperkte variatie, terwijl anderen customisatie volledig kunnen beperken.

Customiseerbare ergonomie - zoals een haardroger-handvat afgestemd op handgrootte - kan emotionele hechting verdiepen en langere productlevensduren aanmoedigen, wat lijnt met duurzame ontwerpdoelstellingen.

Q: Loughborough University is pionierend in wat het "hybrid and multi-systems AM" noemt. Kunt u uitleggen wat dit betekent?

Hybride manufacturing mergeert additieve en subtractieve processen binnen een enkele machine. Bij Loughborough verkennen we zowel metaal- als polymere systemen.

Q: Hoe werkt deze hybride manufacturing-benadering voor metaalsystemen?

Bedrijven zoals Matsuura en DMG Mori bieden nu machines die materiaal kunnen toevoegen via depositie en dan schakelen naar CNC-freestools voor afwerking. Deze cyclus kan zo vaak herhaald worden als nodig, wat precise interne en externe oppervlakken mogelijk maakt zonder additionele bewerkingsstappen.

Hybride metaal AM ondersteunt one-stop productie: een CAD-bestand wordt in een enkele machine gevoed die een afgerond onderdeel levert. Voor luchtvaart vertaalt dit naar minder componenten, lagere assemblage-kosten en gewichtsbesparingen die brandstofverbruik reduceren.

Q: Is het hybride manufacturing-proces voor polymeren dan heel anders?

Het principe is hetzelfde - depositie gevolgd door bewerking - maar polymere processen opereren bij lagere temperaturen. Ons doel is om geometrische vrijheid te combineren met hoge nauwkeurigheid en kostenefficiëntie voor alledaagse producten.

Q: Welke andere onderzoeksprojecten staan op de planning bij Loughborough University?

We breiden uit in additieve manufacturing van composietmaterialen, vezeloriëntatie controleren om sterkte, stijfheid en gewicht te verbeteren. Deze initiatief betreft verschillende internationale partners.

Q: Kunt u ons iets meer vertellen over het nieuwe Masters-programma aan Loughborough University?

Het eenjarige, drie-semester Design for Additive Manufacture-programma dompelt studenten in AM-fundamenten, geavanceerde CAD-tools en praktische projecten. Cursuswerk omvat topologie-optimalisatie, voxel-modellering en een capstone-project dat een product herontwerpt of van scratch creëert.

Q: Tot slot, wat is de volgende trend in AM waar u het meest opgewonden bent over?

Een opwindende ontwikkeling is de schaal van AM-machines. Naarmate bouwvolumes groeien buiten de half-meter kubus, zien we toepassingen variërend van architecturale façades tot grote vliegtuigcomponenten. Deze schaalbaarheid ontgrendelt nieuwe ontwerpmogelijkheden.

Metamaterialen - materialen geïngenieerd om eigenschappen te vertonen niet in de natuur gevonden - zijn een andere front. Met complexe geometrieën kunnen we auxetische structuren creëren die lateraal expanderen wanneer gecomprimeerd, of onderdelen ontwerpen die voorspelbaar reageren op thermische gradienten. 4D-printen, waar vormverandering gedreven wordt door stimuli zoals warmte, kan adaptieve componenten voor ruimtevaart of consumentenproducten mogelijk maken.