Waarom Additive Manufacturing de productie radicaal verandert:belangrijkste voordelen

Additive manufacturing (AM) , beter bekend als 3D-printen, is het proces waarbij objecten worden gemaakt door materialen in lagen toe te voegen. Deze methode is het tegenovergestelde van subtractieve productie, waarbij objecten worden gemaakt door een massief blok materiaal weg te snijden. AM kan verschillende materialen gebruiken, waaronder kunststoffen, metalen, biomaterialen en zelfs eetbare materialen. De populariteit is de laatste tijd enorm gestegen, dankzij de vooruitgang in 3D-printtechnieken zoals Fused Deposition Modeling (FDM), stereolithografie (SLA), selectief lasersmelten (SLM), material jetting en andere die de toepassingen en mogelijkheden ervan uitbreiden.

AM heeft veel voordelen ten opzichte van traditionele productiemethoden. Omdat computermodellen en ontwerpen eenvoudig elektronisch kunnen worden overgedragen of via internet kunnen worden gedeeld, stelt AM bedrijven in staat snel en kosteneffectief functionele prototypes te ontwikkelen voor het testen van producten. Bovendien ondersteunt het beperkte productieruns zonder zorgen over traditionele productielijnminima of capaciteitsbeperkingen. Deze flexibiliteit maakt ook snelle ontwerpaanpassingen mogelijk, waarbij tijdens het productieproces indien nodig wijzigingen kunnen worden aangebracht. 

Belangrijkste voordelen van Additive Manufacturing

Het volgende artikel presenteert de vier belangrijkste voordelen van additive manufacturing, met de nadruk op recente technologische ontwikkelingen die het positioneren als een geprefereerde productiemethode voor de toekomst. Deze voordelen illustreren het transformatieve potentieel van additive manufacturing vandaag de dag. Nu industrieën deze technologie steeds meer adopteren, veranderen de voordelen – van complexe ontwerpmogelijkheden tot versnelde productietijdlijnen – het productielandschap opnieuw.

Vrijheid om te ontwerpen en te innoveren

Eén ding waar productingenieurs op kunnen vertrouwen is de onvermijdelijkheid van aanpassingen en herontwerpen, waardoor aanpassingsvermogen een cruciaal aspect van engineering wordt. AM ondersteunt deze dynamiek door snelle iteraties mogelijk te maken en innovatie en design op de voorgrond te plaatsen. Het gaat niet alleen om het simpelweg creëren van fysieke onderdelen, het geeft ingenieurs ook creatieve vrijheid in het productieproces, zonder de tijd- of kostenboetes die vaak gepaard gaan met traditionele productie en bewerking. Deze flexibiliteit is een groot voordeel van AM en biedt mogelijkheden voor efficiënte en kosteneffectieve ontwerpaanpassingen. Dit geldt vooral als je bedenkt dat meer dan 60% van de ontwerpen die voor gereedschaps- en bewerkingsdoeleinden worden ingediend, tijdens de productie worden aangepast. Dat is een aanzienlijk bedrag, en bij traditionele productie leidt dit snel tot aanzienlijke kostenstijgingen en vertragingen. Additieve productie verhelpt dit door af te stappen van conventionele statische ontwerpen, terwijl ingenieurs tegelijkertijd meerdere iteraties of versies kunnen uitproberen met minimale extra kosten.

Deze vrijheid om on-the-fly te ontwerpen en te innoveren zonder boetes levert aanzienlijke beloningen op:versnelde productietijdlijnen, verbeterde productkwaliteit, een grotere diversiteit aan productontwerpen en uiteindelijk een groter aantal producten. Voor bedrijven betekent dit het potentieel voor hogere inkomsten dankzij een gestroomlijnde productie en een snellere time-to-market.

Ondersteuning van groene productie

Het is heel duidelijk dat additive manufacturing de traditionele productie- en productiemethoden aanzienlijk stroomlijnt. Dit gecomprimeerde proces betekent ook dat er een kleinere ecologische voetafdruk is. Wanneer we kijken naar het mijnbouwproces van staal of het proces van herbewerking dat nodig is bij de traditionele productie, is het gemakkelijk in te zien waarom additive manufacturing wordt gezien als een duurzaam alternatief.

Hoewel AM elektriciteit nodig heeft, is het energieverbruik doorgaans lager dan dat van veel traditionele productiemethoden voor het produceren van onderdelen. Bovendien minimaliseert het afval door alleen het noodzakelijke materiaal voor elk onderdeel te gebruiken, en bepaalde kunststoffen die in AM-processen worden gebruikt, zijn recyclebaar. Additieve productie is ook zeer effectief voor lichtgewichttoepassingen in voertuigen en vliegtuigen, wat van cruciaal belang is voor het verminderen van de brandstofemissies. Componenten die zijn geproduceerd met behulp van additieve productieprocessen, stellen productie-ingenieurs in staat massieve onderdelen te bouwen met een halfholle honingraatinterieur. Deze onderdelen behouden een uitstekende sterkte-gewichtsverhouding, vergelijkbaar met die van massieve onderdelen. Het belangrijkste verschil is echter dat deze componenten maar liefst 60% lichter kunnen zijn dan traditionele, subtractieve productiemethoden, waardoor de brandstofkosten en de milieu-impact van het eindproduct aanzienlijk worden verlaagd.

Basisverbeteringen dankzij fabrieksfysica

Een van de meest effectieve manieren om de bedrijfsresultaten te verbeteren is door risico’s te verminderen en de voorspelbaarheid te vergroten. Door middel van principes uit de fabrieksfysica transformeert digitale additive manufacturing-technologie voorheen onvoorspelbare productiemethoden en maakt deze voorspelbaar door de werklast in de fabriek te analyseren en in evenwicht te brengen. Met online offerte-engines zoals Xometry.com en geautomatiseerde volumeberekeningen vanuit CAD-software kunnen ingenieurs realtime leverdata ontvangen. 

Bovendien hebben AM-machines gedefinieerde volumecapaciteiten die continu kunnen worden gevolgd en bewaakt, waardoor nauwkeurig beheer en automatisering van fabrieksbelastingen mogelijk is. Dit maakt de prijsstelling dynamisch en reageert direct op fabrieksfysische gegevens zoals belasting en capaciteit. Het biedt ingenieurs ook een betrouwbare methode om de kosten te beheersen, waardoor de risico's van onvoorspelbaarheid van de planning en onderbrekingen van de toeleveringsketen worden verminderd. 3D-printers en andere AM-apparatuur kunnen CAD-bestanden lezen om de bouwtijden en materiaalvereisten te bepalen, zelfs voordat de productie begint. Dit maakt het mogelijk om de capaciteit beter te plannen, klanten nauwkeurige leveringsdata te geven en de fabriekscapaciteit te plannen door toekomstige behoeften zonder onderbrekingen te voorspellen.

Ontvang onderdelen – snel

Op dit moment wordt de on-demand beschikbaarheid van onderdelen waarschijnlijk gezien als een cruciaal voordeel van AM – en terecht, aangezien directe toegang tot onderdelen een flexibeler productontwikkelings- en ontwerpproces kan faciliteren.  Dit voordeel versterkt de flexibiliteit om te herhalen en opnieuw te ontwerpen zonder traditionele productiebeperkingen. Snelheid is van cruciaal belang in elke fase van additive manufacturing, van offerteaanvraag en productie tot verzending. Dit geldt voor onderdelen en componenten voor eindgebruik die als brugoplossing worden gebruikt totdat de traditionele productie kan opschalen. 

Hoe het ook zij, de meeste eindigen met additieve productie die als brug tussen technologieën fungeert. Dit is hoe wij bij Xometry zijn opgezet met onze additieve EN subtractieve productiediensten. Laten we bijvoorbeeld aannemen dat een leverancier die traditionele onderdelen voor een autofabrikant produceert, faalt, dat een machine niet beschikbaar is voor onderhoud, of dat de machine voor 100% bezet is zonder de capaciteit om de benodigde onderdelen te maken. Autofabrikanten kunnen zich wenden tot een additief productiebedrijf zoals Xometry om onmiddellijk de benodigde thermoplastische onderdelen te produceren om de fabriek draaiende te houden. Zonder deze on-demand onderdelen die continue productie mogelijk zouden maken, zou de fabriek wekenlang stil hebben gelegen, wat het bedrijf duizenden dollars aan inkomsten zou hebben gekost.

Een ander voorbeeld van de impact van additieve productie op overheidstoepassingen is de rol ervan bij het garanderen dat kritieke, levensreddende uitrusting voor strijdkrachten op afroep beschikbaar is. Toen de productie van militaire zaklampen – essentieel voor soldaten op patrouilles en tijdens nachtelijke missies – tijdelijk werd stopgezet vanwege herinrichting, zorgde AM voor een cruciale oplossing. Door snelle validatie van het nieuwe zaklampontwerp mogelijk te maken, zorgde AM ervoor dat de montage kon doorgaan zonder te wachten tot de traditionele gereedschapsprocessen hun achterstand hadden ingehaald. Zonder de capaciteit van AM om het ontwerp van de ene op de andere dag aan te passen zou de vertraging minstens twaalf weken hebben geduurd – een aanzienlijke wachttijd die de paraatheid en veiligheid van de missie had kunnen beïnvloeden.

De vraag naar snelle productie van onderdelen zal naar verwachting gestaag groeien, vooral naarmate de industrie bekender raakt met ontsluitende technologieën zoals AM. Traditionele productiebedrijven investeren al in het uitbreiden van de mogelijkheden voor additive manufacturing op locatie om effectiever aan de vraag te kunnen voldoen.  Naarmate de adoptie toeneemt, zal het potentieel van additive manufacturing om de efficiëntie te verbeteren en de doorlooptijden te verkorten zich blijven ontvouwen, waardoor de basis wordt gelegd voor een verschuiving naar digitale, wereldwijd genetwerkte productiefaciliteiten. Bedrijven als Xometry lopen voorop in deze transformatie en pionieren met baanbrekende ontwikkelingen op het gebied van on-demand, digitaal gestuurde productieoplossingen. 

Greg Paulsen

Als Sr. Solutions Engineer en Business Development leider bij Xometry werkt Greg Paulsen op het snijvlak van engineering en groei. Hij ontwikkelt hulpmiddelen voor ontwerp voor productie, adviseert over complexe productieprojecten op maat en helpt organisaties bij de overstap van prototype naar productie. Greg werkt nauw samen met klanten om de juiste productieoplossingen te identificeren op basis van projectvereisten – van prototypes in kleine volumes tot productie op schaal – voor CNC-bewerking, additieve productie, plaatwerk, urethaangieten en spuitgieten.

Lees meer artikelen van Greg Paulsen