Vincent Poirier over de 3D-printrevolutie in keramiek – CEO Novadditive

Afbeeldingscredit: Novadditive

Wat de geschiedenis van productie betreft, kan het gebruik van keramiek worden teruggevolgd tot het begin, met het oudste bekende keramische artefact uit 28.000 v.Chr. Vandaag de dag treedt dit materiaal echter een nieuwe era in; door haar toepassing als 3D-printbaar materiaal, met nieuwe textuur- en structurele mogelijkheden die zich openen. NOVADDITIVE, het allereerste gespecialiseerde centrum voor additieve productie van keramiek, staat aan de voorhoede van deze materiaalrevolutie. We spraken met Vincent Poirier, CEO van NOVADDITIVE, om de unieke eigenschappen van keramische onderdelen en de toekomstige reis van de AM-keramiekmarkt te verkennen.

Kunt u me vertellen over uzelf en hoe uw interesse in keramiek begon?

Ik heb een achtergrond van meer dan 30 jaar in diverse keramische industrieën, inclusief klassieke en technische keramiek, en toepassingen variërend van kunst, sanitair en onderzoek tot luchtvaart en kernenergie.

Wat 3D-printen van keramiek betreft, ben ik er al meer dan 12 jaar betrokken. Ik zag dat er een afwezigheid was in het 3D-printlandschap - je kunt gemakkelijk additief geproduceerde kunststofonderdelen vinden, en hetzelfde geldt voor metalen onderdelen, maar het is vrij moeilijk (zo niet onmogelijk) om een servicebureau te vinden dat keramische onderdelen levert via 3D-printen. Na dit al jaren in mijn hoofd te hebben gehad, richtte ik NOVADDITIVE op in 2020, gericht op het oplossen van de problemen die door deze gebrek aan dienst ontstaan.

Laten we inzoomen op NOVADDITIVE, het eerste gespecialiseerde centrum voor het produceren van keramische onderdelen via multi-proces additieve productie. Kunt u me er meer over vertellen?

We zijn een industrieel bedrijf - geen Fab lab, geen printerfabrikant, maar een fabriek. Het produceren van gecustomiseerde onderdelen voor mensen die normaal geen toegang tot keramiek hebben, of het zelfs niet als materiaal voor 3D-printen overwegen, ligt aan de kern van wat we doen - we vereenvoudigen hun toegangspad.

We bieden de meeste beschikbare technologieën voor 3D-printen van keramiek - van de vier grote technologie-families op de markt, bieden we er drie (SLA, FFF en LDM), met de vierde binnenkort ook beschikbaar. Dit betekent dat we bijna elk AM-project dat ons voorgelegd wordt kunnen overwegen. Daarnaast kunnen we printen met de meeste AM-compatibele keramieken die bestaan - deze kunnen variëren van alumina, zirconiumdioxide, ATZ, silicium- en aluminiumnitride, en siliciumcarbide, tot bio-compatibele keramieken voor technische toepassingen tot porselein, cordieriet-mulliet en aardewerk voor klassieke toepassingen. Dit betekent dat elke technologie die we bezitten gematched is met een geschikt materiaal. Als resultaat kunnen we onderdelen leveren aan bijna elke klant die keramische onderdeelsproductie zoekt. Omdat we niet gelinkt zijn aan een specifieke technologieleverancier of printerleverancier, kunnen we vrij de printmethodes kiezen die het beste passen bij onze klant en hun markt. Verschillende technologieën kunnen bijvoorbeeld verschillende precisies, afmetingen, geometrieën en printsnelheden aan - we hebben een balans van deze capaciteiten in de technologieën die we beschikbaar stellen. Na het spreken met een klant en het noteren van hun eisen, kunnen we de juiste technologie en het juiste materiaal voor hen bepalen, afhankelijk van de precisie en het gebruik dat ze specificeren. Deze soort gesprekken vormen ons alledaagse werk.

Wat zijn enkele van de meest voorkomende toepassingen van additief geproduceerde keramiek, en zijn er use-cases die opvallen?

In de twee jaar sinds ik NOVADDITIVE oprichtte, heeft ons bedrijf interesse ontvangen van een heel brede doorsnede van markten.

Om met een bijzonder interessant voorbeeld te beginnen, produceren we gecustomiseerd serviesgoed voor hooggeplaatste, Michelin-gesterde restaurants, in nauwe samenwerking met bekende ontwerpers om custom borden, schalen en andere culinaire onderdelen specifiek voor de kok te creëren. Aan de andere kant hebben we ook klanten betrokken bij ruimtevaarttechnologie. Sommige van de keramische onderdelen die we produceren, worden gebruikt als structurele componenten in ruimteschepen om de prestaties van het hele voertuig te verbeteren. In deze omgevingen, waar onderdelen hogere temperaturen moeten weerstaan, of kleiner en lichter moeten zijn, vinden we dat keramiek een geweldig materiaal biedt. Bijvoorbeeld, de dilatatie van sommige specifieke keramieken bij temperatuurveranderingen is heel laag, wat het perfect maakt voor de volatiele omstandigheden in de ruimte.

Je ziet, 3D-printprocessen kunnen de eigenschappen van keramiek verbeteren, door complexe geometrieën en kleinere afmetingen te implementeren die anders niet mogelijk zouden zijn. Als resultaat kan het combineren van dit materiaal met deze productiemethode heel nuttig zijn in onderzoekscontexten. Ons printen van keramiek stelt onderzoekers in staat om nieuwe geometrieën en 'onmogelijke' vormen in een kortere tijd te openen.

Keramiek AM heeft ook toepassingen in de creatie van kunst, evenals voor luxe items. Het is een heel eisende markt, die extreme precisie in productie vereist - we kunnen de zeer nauwe toleranties die ze nodig hebben halen. Tegelijkertijd zijn defensie- en kernindustrien eisend om heel andere redenen - weer kunnen we de eigenschappen van keramiek koppelen met de complexe geometrieën die ontgrendeld worden door additieve productie en belangrijke waarde leveren aan deze markten.

Hoewel keramiek AM vaak meer als een niche wordt beschouwd, documenteerde Formext 2022 een aanzienlijke uitbreiding van en interesse in de ruimte. Wat drijft de stijgende erkenning van de waarde van keramiek als printbaar materiaal?

Er zijn breed drie materialen die we kunnen printen - kunststoffen, metalen en keramiek. De kunststofmarkt is de grootste, de metalenmarkt iets kleiner, en de keramiekmarkt de kleinste van alle. Echter, er zijn verschillende studies die tonen dat keramiek begint populairder te worden in het veld. Fabrikanten zoeken steeds meer naar innovatieve manieren om hogere prestaties te behalen bij het ontwerpen en produceren van nieuwe onderdelen. Keramiek is al vele jaren bekend en gebruikt, maar vandaag de dag ontdekken bedrijven, onderzoekers en engineering-afdelingen dat ze nieuwe eigenschappen kunnen bereiken door ze te gebruiken. De drijfveer voor deze trend is niet mode - het is prestatie. Nu ze printbaar zijn, bieden AM-keramieken een antwoord op verschillende kwesties die eerder niet opgelost waren. Ik geloof in de trends en studies daarom. We zien dat we met deze materialen meer manieren zullen ontdekken om prestaties vooruit te helpen. Er zijn nog wel moeilijkheden. Keramiek wordt het beste begrepen door mensen die gebruikt zijn om keramiek te gebruiken. Voor mensen die minder bekend zijn, hebben we altijd deze vraag over de broosheid van keramiek - het is een culturele aanname. Als we porseleinartefacten overwegen, denken we bijna altijd aan de kwetsbaarheid. Echter, als we de microscopische samenstelling overwegen, is het veel minder broos dan glas! Verder is de duurzaamheid van keramiek onderwerp van ontwikkeling - in het technische veld hebben keramieken zoals zirconiumdioxide grote verbeteringen doorgemaakt in termen van hun veerkracht. Dit stelt ze in staat om gebruikt te worden in veeleisende mechanische toepassingen, en door high-end merken die duizenden prachtige horloges produceren.

Uurwerkdeel gemaakt met zwarte zirconiumdioxide door Novadditive. Afbeeldingscredit: Novadditive

De uitdaging hier is om engineering-afdelingen die keramiek niet goed begrijpen in deze wereld van keramiek te brengen. Ze hebben een diepgewortelde veronderstelling dat het materiaal moeilijk te produceren is, en makkelijk breekt - elke dag en elke week krijg ik vragen hierover. De oplossing, en de drijfveer om het industriële gebruik van keramiek nog verder vooruit te helpen, is om kennis over keramiek als AM-compatibel materiaal toegankelijker te maken, zowel voor technische mensen, als voor mensen die geïnteresseerd zijn in 3D-printen. Allereerst, keramiek heeft een heel wijd bereik aan toepassingen - je kunt ze gebruiken in ruimteraketten, in elektronica, in kernenergie, in engineering, in medisch, overal. Tweedens, ze kunnen in AM gebruikt worden niet alleen om kleine prototypes te maken, maar om meerdere onderdelen te produceren, op de schaal van middelgrote series en zelfs grote series batchproductie. Het is allemaal mogelijk.

Dit is de belangrijkste kloof te overbruggen. We moeten mensen laten zien die misschien nog niet begrijpen dat ja, 3D-printen van keramiek mogelijk is, en dat dit gebruik van de technologie een wijd horizon van mogelijkheden open kan.

Eén van uw artikelen noemt hoe de mensheid keramiek al sinds prehistorische tijden gebruikt - zelfs vandaag is het ongelooflijk dat we nog steeds leren hoeveel dit materiaal kan doen.

Wat heeft het komende jaar in petto voor Novadditive?

Er zijn twee grote initiatieven voor ons aankomend. 3D-printen wordt gebruikt om heel grote hoeveelheden onderdelen te maken, met kunststoffen als het meest geadopteerde materiaal hiervoor. Voor keramiek zal hetzelfde komen. Eén dag, in een engineering-afdeling, zal iemand wakker worden en een batch van 500.000 keramische onderdelen willen die alleen via 3D-printen gemaakt kunnen worden. Op die dag zal NOVADDITIVE er zijn. We bereiden ons voor door industriële apparatuur te installeren met de capaciteit om grote series onderdeelsproductie aan te kunnen. Natuurlijk zullen we altijd prototypes en kleine series diensten aanbieden, maar we zullen het bereik van onderdeelaantallen openstellen voor onze klanten, zodat ze honderdduizenden onderdelen kunnen bestellen, wanneer die dag ook komt. Het tweede initiatief betreft onze versnelling van R&D. Dit is belangrijk. Als 3D-printspecialisten is het cruciaal dat we de release van nieuwe technologieën en industriële ontwikkelingen volgen. Tegelijkertijd zijn we evenzeer keramisten als AM-fabrikanten, wat betekent dat we moeten luisteren naar nieuws over nieuwe keramische materialen en nieuwe recepten ontwikkelen voor productie. We moeten materiaalleveranciers vinden die de eisen van onze klanten nog preciezer kunnen beantwoorden. Onze R&D-voortgang zal ons in staat stellen om nog nauwer met onze klanten te werken en hun verzoeken met nog meer aandacht te volgen. Dit onderzoek en ontwikkeling zal een kern-drijfveer zijn voor het openen van het bereik van onze activiteit.

– Meer informatie over Novadditive.

Meer informatie over AMFG.