Inzichtelijk interview met Lithoz CEO Dr. Johannes Homa over de toekomst van keramisch 3D-printen

Keramiek 3D-printen is nog steeds een relatief nieuwe technologie voor additieve productie. Ondanks zijn nieuwigheid vindt keramisch 3D-printen zijn weg naar veel industrieën, van de medische en tandheelkundige sector tot de lucht- en ruimtevaart en luxegoederen.

‍

CEO van Lithoz, dr. Johannes Homa

‍

Momenteel ontwikkelen slechts een handvol bedrijven 3D-printtechnologie voor keramiek. Eén zo'n bedrijf is de Oostenrijkse fabrikant Lithoz.  We spraken met de CEO en oprichter van Lithoz, dr. Johannes Homa, om de huidige stand van zaken op het gebied van keramisch 3D-printen, enkele van de opwindende toepassingen ervan en de voordelen van 3D-printen als digitale productietechnologie te bespreken.

‍

‍Kunt u ons iets vertellen over Lithoz en uw missie als bedrijf?

‍

‍ Lithoz is een technologieleverancier voor het 3D-printen van hoogwaardig keramiek, wat betekent dat we machines, software en materialen ontwikkelen en verkopen voor het 3D-printen van keramiek. We zijn duidelijk de wereldmarkt- en technologieleider op dit gebied. Naast technologieontwikkeling ondersteunen wij onze klanten ook op het gebied van applicatieontwikkeling. Noch de AM-gemeenschap, noch de keramische industrie waren gewend aan 3D-printen met keramiek. We steunen beide partijen zoveel als we kunnen.

‍

‍Hoe ben je ertoe gekomen Lithoz op te richten?

‍

‍ De technologie werd in 2006 ontwikkeld aan de Technische Universiteit van Wenen, in samenwerking met tandheelkundig bedrijf Ivoclar Vivadent AG. In 2010 bereikten we een doorbraak:we konden keramiek 3D-printen met dezelfde materiaaleigenschappen als bij conventionele vormtechnologie. Deze mijlpaal moedigde ons aan om Lithoz op te richten als bedrijf voor het 3D-printen van hoogwaardige keramiek.

‍

‍Kun je iets vertellen over de technologie die Lithoz heeft ontwikkeld?

‍

Lithoz CeraFabS65-machine [Afbeelding tegoed:Lithoz]

‍

Onze technologie is gebaseerd op een fotopolymerisatieproces, dat sterk lijkt op conventionele stereolithografie. Het verschil is dat bij onze technologie de keramische deeltjes worden gedispergeerd in een lichtgevoelige hars. Tijdens het printproces wordt dit composietmateriaal laag voor laag door licht gestold. Het onderdeel dat uit onze 3D-printer komt, wordt een groene body genoemd, wat betekent dat het nog geen eindproduct is. Het groene lichaam moet een warmtebehandeling ondergaan waarbij een onderdeel in een gespecialiseerde oven wordt gebakken. Technisch gezien ontbinden en sinteren we het onderdeel om de gewenste eigenschappen van een keramisch onderdeel te bereiken. Tijdens het ontbinden verbrand je het bindmiddel en sinter je het keramiek tot volledige dichtheid. Het onderdeel ondergaat krimp, maar dit is een normaal verschijnsel bij keramische vormprocessen.

‍

‍Kunt u enkele voorbeelden delen van de toepassingen die met uw technologie zijn bereikt?

‍

Medische producten 3D-geprint met Lithoz-keramiek 3D-printtechnologie [Afbeelding tegoed:Lithoz]

‍

Wij zijn actief in drie verschillende industrieën. De eerste is medisch, waarbij we resorbeerbare en niet-resorbeerbare implantaten en medische hulpmiddelen hebben. Zo zijn er sinds 2017 resorbeerbare implantaten in gebruik. Niet-resorbeerbare implantaten zijn daarentegen bio-inert, wat betekent dat ze niet reageren met het menselijk lichaam. Bovendien is de warmtegeleiding van keramiek tamelijk laag. Een ander voordeel van keramische implantaten, vergeleken met metalen implantaten, is dus dat mensen geen pijn voelen als ze in direct zonlicht staan ​​of als ze warme douches nemen. De derde medische toepassing zijn medische apparaten, waarbij je isolerende, niet-magnetische eigenschappen van keramiek nodig hebt. Keramiek is ideaal voor de medische industrie omdat het bio-inert is en geen allergische reacties uitlokt, zoals bij metalen of kunststoffen wel het geval kan zijn. Een ander gebied waar we ons op richten is het gieten van kernen voor turbinebladen. Turbinebladen zijn voorzien van een intern koelsysteem om de rotorbladen tijdens bedrijf af te koelen. Met de groeiende trend naar het vergroten van de efficiëntie door het verhogen van de temperatuur, zijn de ontwerpen van dergelijke koelsystemen geavanceerder geworden. Het niveau van verfijning betekent dat de ontwerpen niet meer kunnen worden gespuitgiet, waardoor een nieuwe productieaanpak nodig is om ze te kunnen produceren. Additieve productie blijkt een ideale oplossing voor deze kernen. Een ander aandachtsgebied voor ons is technische keramiek. Dit zijn geavanceerde keramische materialen die in alles worden gebruikt, van satellietcomponenten, zoals spiegelhouders en radiofrequentiecomponenten, tot werktuigbouwkundige onderdelen, bijvoorbeeld voor textielmachines en halfgeleidermachines. Dit betekent dus dat er een breed scala aan toepassingen is voor onze technologie, inclusief luxegoederen.

‍

‍Kan deze technologie ook worden gebruikt met metalen?

‍ Dat is een geweldige vraag.  Onze filosofie is dat we onze technologie aanpassen aan het poeder en niet andersom. Het betekent dus dat we onze technologie aan metalen hebben kunnen aanpassen. We waren zo succesvol dat we zelfs een spin-out van het bedrijf hebben gemaakt. Nu is er een bedrijf genaamd Incus, dat 3D-printen van metaal maakt met behulp van een fotopolymerisatie-aanpak. Met deze technologie kan het hoge resoluties, goede mechanische eigenschappen en hoge precisie bereiken, waardoor onderdelen vergelijkbaar zijn met metalen spuitgietonderdelen.

‍

Wat is de huidige stand van zaken op het gebied van keramisch 3D-printen als het gaat om het begrijpen van de technologie?

‍ Keramisch 3D-printen is een van de jongste technologieën op het gebied van 3D-printen, waardoor de kennisbasis nog niet zo goed ontwikkeld is. Dat gezegd hebbende, ontving ik vandaag nog een e-mail van een klant die een ontmoeting had met zijn C-level executive en die verrast was dat het potentieel voor het 3D-printen van keramische onderdelen in hun bedrijf groter was dan voor metalen onderdelen.

‍

We zien dat er veel toepassingen zijn, maar keramische AM is nog niet zo bekend in de 3D-printindustrie. Dit begint echter te veranderen. Mensen hebben gezien dat er beperkingen zijn aan kunststoffen en metalen, die kunnen worden overwonnen door keramiek.

‍

‍Hoe zou u een bedrijf adviseren dat de mogelijkheden van keramisch 3D-printen of 3D-printen in het algemeen onderzoekt, maar niet weet waar te beginnen als het gaat om het adopteren van de technologie?

‍ Dit is een hele lastige vraag, omdat de business case meestal niet zomaar op je bureau ligt. De eenvoudigste manier om aan de slag te gaan, is door 3D-printen voor prototypes te verkennen. Op deze manier kun je beginnen met het leren van de technologie. Vervolgens ga je met klanten praten en je portfolio onderzoeken om te bepalen welke onderdelen zinvol zijn voor 3D-printen. De grootste uitdaging is het vinden van een onderdeel dat geschikt is voor additieve productie. Vanuit ontwerpperspectief zou dit onderdeel zeer geavanceerd moeten zijn en idealiter niet met andere technologieën kunnen worden geproduceerd. Als je het eenmaal hebt gevonden, heb je een concurrentievoordeel. Kortom, u zoekt niet alleen naar laaghangend fruit, maar naar een project dat u in uw bedrijf opzet. En het zou eerder van bovenaf moeten gebeuren en niet van onderaf. In het begin kan het moeilijk zijn om het volledige potentieel van AM te zien. Elk bedrijf dat 3D-printen adopteert, moet moeite doen om dit potentieel te ontdekken. Maar zodra u een geschikte use case heeft gevonden, zal dit vele deuren voor u openen.

‍

‍Wat zijn enkele uitdagingen bij het 3D-printen van keramiek?

‍ Een probleem waarmee we vaak worden geconfronteerd, is dat mensen onderdelen in 3D willen printen, iets wat al goed ingeburgerd is in conventionele vormtechnologieën. Als gevolg hiervan zijn ze verrast dat additieve productie vaak duurder is dan meer conventionele technologieën. Wat we moeten begrijpen is dat het reproduceren van een traditioneel vervaardigd onderdeel met behulp van 3D-printen het in de meeste gevallen niet goedkoper zal maken. Een andere uitdaging is dat we problemen op het gebied van de materiaalkunde niet kunnen overwinnen met behulp van additieve productie. AM is slechts een vormtechnologie. Het lost de problemen bij het sinteren, wat verplicht is bij keramische verwerking, niet op. Het is bijvoorbeeld eenvoudig om keramische onderdelen uit meerdere materialen in 3D te printen. Maar het zou dan een uitdaging zijn om deze materialen samen te sinteren. Ik denk dat zulke overwegingen soms onderschat worden.

‍

‍Een recent rapport van SmarTech Analysis staten dat de groei van keramisch 3D-printen grotendeels zal worden aangedreven door de productie van eindonderdelen. Wat vindt u daarvan?

‍

[Afbeelding tegoed:Lithoz]

‍

Ik ben het er helemaal mee eens. Toen we 10 jaar geleden begonnen, had niemand een idee van hoogwaardig keramisch 3D-printen. En nu zien we zoveel toepassingen waarvan zelfs wij ons niet bewust waren. Ik ben ervan overtuigd dat keramiek de materialen van de toekomst zijn en we staan ​​nog maar aan het begin van deze reis. De afgelopen tien jaar hebben we moeten laten zien en bewijzen dat 3D-printen ook mogelijk is met keramiek, en nu beginnen mensen voordeel te halen uit deze technologie.

‍

Wat mensen volgens mij nu beginnen te beseffen is dat digitale technologie, zoals AM, een oplossing kan zijn voor lockdowns, dankzij digitale inventarisaties die met de technologie mogelijk zijn.

‍

‍Kun je iets vertellen over hoe digitale technologieën en 3D-printen bedrijven kunnen ondersteunen?

‍ Tijdens de COVID-19-crisis is er sprake geweest van een lockdown van bepaalde leveranciers. Bij het spuitgieten heeft een leverancier bijvoorbeeld het gereedschap en als je een onderdeel opnieuw wilt produceren, ga je naar je leverancier en vraag hem om meer onderdelen voor je te vervaardigen en hij zal dat in een normale omgeving doen. Maar de situatie met COVID-19 maakt de mondiale toeleveringsketen nu veel kwetsbaarder en verstoord. Veel bedrijven kunnen hun leveranciers niet bereiken of de leveranciers kunnen geen onderdelen produceren.  Aan de andere kant is bij additive manufacturing het enige gereedschap dat u gebruikt de machine zelf. De machine kan zich hier in Europa bevinden, of in de Verenigde Staten, in Azië, waar dan ook, en het enige dat u hoeft te doen is de gegevens naar de machine over te brengen en het onderdeel onmiddellijk af te drukken, zonder dat u daarvoor gereedschap nodig heeft. Natuurlijk moet je het onderdeel kwalificeren voor AM, maar over het algemeen geeft de technologie je veel meer flexibiliteit. Een ander punt is dat het digitale karakter van AM je in staat stelt ontwerpbestanden op te slaan in virtuele opslag, in plaats van in een fysieke inventaris, en deze op aanvraag af te drukken.

‍

‍Hoe ziet u de evolutie van 3D-printen met keramiek in de komende jaren?

‍ Ik denk dat er een groot potentieel in het verschiet ligt. Dat gezegd hebbende, moet keramische AM, in tegenstelling tot andere AM-technologieën, vanaf het allereerste begin voldoen aan de eisen van een onderdeel van hoge kwaliteit. Want als je een keramisch onderdeel nodig hebt, moet het dezelfde materiaaleigenschappen hebben als bij conventionele productie, ook al is het maar een prototype. Dat komt omdat je het in een ruwe omgeving zou gebruiken, zoals hoge temperaturen of een corrosieve omgeving. Als je een visueel prototype wilt hebben, zou je het niet van keramiek maken, maar van plastic. Je wilt altijd functionele prototypes maken met keramiek AM, dus vanaf het allereerste begin waren we bezig met de productie van seriegrootte één.

‍

‍Wat brengt het komende jaar voor Lithoz?

‍ We zien twee verschillende gevolgen van de pandemie voor ons bedrijf. Ten eerste hebben we gezien dat een kleinere groep van onze klanten een pauze nam in de additieve productie en zich op andere dingen concentreerde. In een andere groep zien we dat meer bedrijven nu veel meer naar additieve productie kijken, vanwege de voordelen van digitale productietechnologie, zoals digitale opslag en de mogelijkheid om hun toeleveringsketen te stabiliseren. Hoewel de huidige situatie slecht is voor de wereldeconomie, zie ik dat bedrijven nu het potentieel van additive manufacturing beseffen, omdat mensen anders gaan denken en digitale productietechnologieën beschouwen als een middel om deze problemen te overwinnen. Voor Lithoz denken we niet dat deze crisis een grote impact zal hebben op onze omzet en omzet. De toekomst ziet er erg rooskleurig voor ons uit. We hebben veel projecten in uitvoering die we momenteel niet kunnen onthullen. Ze zullen in de toekomst verschijnen en mensen zullen zeer verrast zijn over wat er al mogelijk is met keramisch 3D-printen.