Additieve productie: Van oorsprong tot morgen's innovaties

Met de mogelijke uitzondering van vuur, is geen technologie ooit echt klaar om op zinvolle wijze bij te dragen aan de productie voordat het de tijd krijgt om te groeien en zich uit te breiden. Computers zijn een goed voorbeeld. Ons huidige technologische vergevorderdheidsniveau zou onmogelijk zijn zonder computers, en tieners maken routinematig selfies met handheld-apparaten die meer rekenkracht hebben dan gebruikt werd voor de maanlanding. Het zou dus geen verrassing mogen zijn dat 3D-printen (ook wel additieve productie of AM genoemd) nog niet aan zijn belofte heeft voldaan.

Gaand verder met de computeranalogie: de eerste machine die ook maar doende was een computer te zijn, werd in de middelste 1800-er jaren gebouwd door Charles Babbage. De bedoeling achter Babbage's "Difference Engine" was om wiskundige tabellen sneller en betrouwbaarder te produceren. Het duurde bijna honderd jaar voordat iets dat op moderne computers leek de werkplek betrad, en de thuiskomst van de PC was pas 1977. Ter vergelijking: 3D-printen bestaat pas sinds 1986, toen Chuck Hull van 3D Systems het bedacht toen hij een proces ontwikkelde dat UV-licht gebruikte om tafelcoatings te verharden.

Additieve productie ontploft in de productie

De technologie groeide en ontwikkelde zich de afgelopen 30 jaar, maar de echte explosie in belangstelling kwam in 2012 met de introductie van thuis-3D-printers. Voor thuisystemen was 3D-printen voornamelijk beperkt tot achterkamers en laboratoria waar het gebruikt werd voor rapid prototyping. Bedrijven als MakerBot wisten in te spelen op de geeststijd van de opkomende maker-beweging, en promooten thuis-3D-printers als het ultieme werkplaatshulpmiddel. Hoewel de belofte van democratisering van technologie voor veel gebruikers aantrekkelijk was, zijn de meeste thuis-3D-printers vergelijkbaar met gatkaart-computing: langzaam en vervelend.

Hoewel consumentenbelangstelling in thuis-3D-systemen golvend was, zijn industriële toepassingen doorgegaan. Een van de meest enthousiaste vroege adopters van AM-technologie is GE. In tegenstelling tot hobbyisten, die misschien betrokken raakten bij deze opwindende nieuwe technologie zonder echt idee van de uitdagingen, besefte GE snel dat het 3D-print experts nodig had voor een tijdige ROI.

Dit inzicht leidde ertoe dat GE in 2012 een 3D-printbedrijf genaamd Morris Technologies overnam. Meer specifiek voegde de overname AM-expertise toe aan GE Aviation, waar die kennis snel in de praktijk werd gebracht bij het ontwikkelen van een methode om brandstofzuigers te 3D-printen voor gebruik in de LEAP-straalmotor. Na enkele conceptbewijzen koos GE voor een AM-proces genaamd lasersinteren om de zuigers te produceren en ontdekte snel twee basisprincipes van 3D-printen.

Flexibiliteit en besparingen

Het eerste principe is dat 3D-printen misschien wel het meest flexibele productieproces ooit is uitgevonden. In plaats van een onderdeel te ontwerpen gebaseerd op de gemakkelijkheid van productie, beginnen 3D-geprinte onderdelen hun leven in een digitale omgeving waar functionaliteit de primaire zorg is. Het is mogelijk, zelfs routinematig, om onderdelen te bouwen met extreem complexe interne geometrieën die onmogelijk (of uitzonderlijk duur) te produceren zijn met traditionele methoden. GE's zuiger heeft overhang en een interne architectuur die in één enkele build wordt gefabriceerd, in plaats van meerdere onderdelen die daarna gemonteerd moeten worden.

Het tweede principe is dat 3D-printen geld bespaart. In het geval van GE's zuiger is de besparing tweeledig. Omdat het onderdeel in één enkele build wordt gefabriceerd, bespaart productie met AM tijd. Hoewel het AM-proces zelf langzaam kan lijken, is het mogelijk een complex onderdeel in minder dan 24 uur te produceren, wat bliksemsnel is vergeleken met de oude methode van het fabriceren van een reeks kleinere onderdelen die montage vereisen. Tijdbesparing ontstaat door montage overbodig te maken, meer tijd wordt bespaard door de behoefte aan uitgebreide bewerking te verminderen, en nog meer tijd door de toeleveringsketen in te korten of te elimineren.

Daarnaast bieden 3D-geprinte zuigers aanzienlijke materiaalbesparing. Met traditionele aftrekkende productiemethoden kunnen fabrikanten verwachten tot 90% van het benodigde materiaal te verliezen. Deze verlies is met name problematic in sectoren als de luchtvaart, die regelmatig titaan en andere duurdere materialen gebruikt. 3D-printen verlaagt de verwachte materiaalverspilling tot minder dan 10%.

De toekomst

In een tijd waarin beleggersonzekerheid een ongunstig beeld van 3D-printen heeft geschetst in het publieke geweten, heeft GE ingedubbeld. Sinds de eerste indringing in AM in 2012 heeft GE miljoenen meer geïnvesteerd in 3D-printonderzoek en -ontwikkeling, waaronder de bouw van een 300.000 vierkante voet, hoog-volume AM-fabriek in Auburn en een Center for Additive Technology Advancement net buiten Pittsburgh. Elk jaar worden systemen sneller, groter, of bieden verbeterde resolutie. Naarmate 3D-printtechnologie verder vordert, heeft GE zich al in een positie gebracht om elke verbetering te benutten. Het is slechts kwestie van tijd voordat andere bedrijven volgen.

Overige informatieve bronnen:

3D-printen en kleine bedrijven

Voorbeelden voor bedrijven

Bedrijven die additieve productie gebruiken

Industrievoorbeelden

Speciale dank aan:
John Newman, freelance schrijver in de productie-industrie.