Het overwinnen van belangrijke obstakels bij Additive Manufacturing:een praktische gids

Gepubliceerd op 26 oktober 2022

Oorspronkelijk gepubliceerd op fastradius.com op 26 oktober 2022

3D-printen, ook wel additive manufacturing genoemd, is een relatief nieuwe technologie, maar heeft al een lange weg afgelegd. Sinds de uitvinding in de jaren tachtig is 3D-printen steeds gangbaarder geworden in de maakindustrie, zozeer zelfs dat de mondiale 3D-printmarkt in 2021 werd gewaardeerd op $12,6 miljard, en naar verwachting zal groeien tot $34,8 miljard in 2026.

Hoewel bedrijven als Adidas en Rawlings 3D-printtechnologie hebben gebruikt om innovatieve nieuwe producten te creëren, blijft additive manufacturing op industriële schaal met adoptie-uitdagingen kampen. Uit onderzoek blijkt dat 63% van de bedrijven die additieve productie gebruiken de technologie alleen gebruiken voor prototypedoeleinden, en dat slechts 21% deze gebruikt om artikelen te produceren die niet via andere methoden kunnen worden vervaardigd.

Gemeenschappelijke uitdagingen bij additieve productie

3D-printers van productiekwaliteit zijn veel goedkoper dan industriële CNC-machines of spuitgietmachines, maar apparatuur voor additieve productie kan nog steeds kostbaar zijn. Uit een onderzoek van Stratasys blijkt dat 25% van de respondenten de apparatuurkosten als de grootste uitdaging beschouwt bij het gebruik van additieve productie. Dat antwoord is niet verrassend:sparen voor de initiële kosten van een 3D-printer kan tijd kosten, en de meeste bedrijven hebben er meer dan één nodig om het volume aan bestellingen dat ze ontvangen te kunnen verwerken, wat betekent dat ze nog meer geld moeten investeren. Sommige bedrijven kunnen de kapitaaluitgaven eenvoudigweg niet rechtvaardigen. 

Dan zijn er de productie- en verwerkingskosten zelf. In hetzelfde Stratasys-onderzoek zei 16% van de respondenten dat de productiekosten die gepaard gaan met additieve productie een groot probleem waren. Hoewel 3D-printers zeer autonoom zijn, hebben ze toch iemand nodig die het digitale bestand naar de printer stuurt, ervoor zorgt dat de printer correct is geconfigureerd en het afdrukproces start. Bij multi-materiaal Fused Deposition Modeling (FDM)-prints moet er mogelijk iemand aanwezig zijn om de filamenten tijdens het printen te verwisselen en, afhankelijk van de gebruikte materialen en printer, de spuitmond, de printsnelheid, de terugtrekkingsinstellingen en de bedtemperatuur aan te passen. Als er ten slotte een afdruk is gemaakt, moet iemand eventuele ondersteuningsstructuren verwijderen en het onderdeel verwerken om een hoogwaardige oppervlakteafwerking te verkrijgen.

Naast de productie- en verwerkingskosten zijn er ook de onderhoudskosten van additieve apparatuur. 3D-printers kunnen defect raken zonder goed onderhoud, waardoor bedrijven dagen (of zelfs weken) zonder nieuwe onderdelen kunnen wachten terwijl ze wachten op vervangende onderdelen. Voor FDM-printers kan het onderhoud de vorm aannemen van het routinematig aanpassen van de riemspanning en het verwijderen van eventueel opgehoopt plastic uit de spuitmond. Multi Jet Fusion (MJF)-printers vereisen regelmatig onderhoud van de printkoppen en verwarmingslampen, wat duizenden dollars per jaar kan kosten, en stereolithografieprinters (SLA) vereisen regelmatig onderhoud of zelfs vervanging van de harstanks. Na verloop van tijd kunnen deze onderhoudskosten zeker oplopen.

Additieve productie brengt ook uitdagingen met zich mee wanneer de prints voltooid zijn. De meeste 3D-geprinte onderdelen vereisen een vorm van nabewerking, wat tijd kost en de totale arbeids- en overheadkosten per eenheid verhoogt. SLA-onderdelen zijn bijvoorbeeld rechtstreeks uit de printer bedekt met viskeuze overtollige hars en moeten in een oplosmiddel worden gewassen. FDM-onderdelen moeten vaak worden geschuurd of gladgemaakt vanwege opvallende laaglijnen of oppervlaktevlekken die zijn achtergelaten door ondersteunende structuren. Met deze problemen in het achterhoofd is het niet verrassend dat 9% van de respondenten in de enquête de vereisten voor nabewerking als een van de grootste uitdagingen bij additieve productie noemde.

Het is ook vermeldenswaard dat additive manufacturing een veel jongere technologie is dan traditionele productiemethoden. Hoewel spuitgieten en CNC-bewerking al tientallen jaren worden gebruikt en al een grote database met compatibele materialen en wereldwijd geaccepteerde materiaalnormen hebben, kent additieve productie een beperktere keuze aan materialen en minder gevestigde materiaalnormen.

Gelukkig wordt additive manufacturing steeds populairder en investeren steeds meer bedrijven in het ontwikkelen, standaardiseren en kwalificeren van additieve materialen. Een van de belangrijkste trends op het gebied van additive manufacturing in 2021 was de introductie van nieuwe additieve materialen. Uiteindelijk zal dit onderzoek fabrikanten in staat stellen de kloof tussen additive manufacturing en andere technologieën te dichten. Het vaststellen van wereldwijd geaccepteerde normen in verschillende industrieën zal er ook voor zorgen dat additive manufacturing een sterkere positie in het productielandschap krijgt.

Technische uitdagingen voor additieve productie

Vergeleken met spuitgieten en CNC-bewerking kan additieve productie een lagere procesvoorspelbaarheid en herhaalbaarheid hebben. Additief vervaardigde onderdelen ondergaan bijvoorbeeld vaak nabewerking om hun oppervlakteafwerking te verbeteren, wat, als het niet goed wordt gecontroleerd, gevoelig is voor menselijke fouten en kan resulteren in componenten die niet aan de strenge tolerantie-eisen kunnen voldoen. Dit probleem vormt een uitdaging als het gaat om het gebruik van additieve productie binnen industrieën die extreem hoge nauwkeurigheidsniveaus vereisen, zoals de lucht- en ruimtevaart- of automobielsector.

Hoewel additieve productie bedrijven in staat stelt complexe objecten te printen zonder extra assemblage, kunnen nabewerkingstechnieken de doorlooptijden verlengen en de budgetten vergroten. Bovendien zouden bedrijven waarschijnlijk moeten investeren in inspectie- en kwaliteitscontrolemiddelen om ervoor te zorgen dat 3D-geprinte onderdelen aan alle vereiste specificaties voldoen.

Operationele en organisatorische uitdagingen met additieve productie

Als relatief nieuwe technologie wordt additieve productie ook geconfronteerd met operationele en organisatorische uitdagingen. Er bestaat niet alleen geen precedent voor de adoptie van additive manufacturing op operationeel niveau, maar er is ook een gebrek aan bedrijfs- en kostenberekeningsmodellen die op de technologie zijn gebaseerd. Veel bedrijven zijn ook huiverig voor het gebruik van 3D-printen, omdat ze onzeker zijn over het eigendom van digitale ontwerpen.

Als aanvulling op deze uitdagingen zijn er weinig specifieke opleidingstrajecten specifiek voor carrières in de additieve productie, wat heeft geresulteerd in een tekort aan geschoold personeel met diepgaande kennis van de technologieën en processen. Deze factoren, gecombineerd met de doorgaans beperkte kennis van additieve technologieën bij bedrijven die niet specifiek gespecialiseerd zijn in additieve productie, zorgen ervoor dat veel klanten niet zeker weten waar dit waarde kan toevoegen aan hun bedrijf, en daarom vermijden ze het – vaak ten koste van zichzelf.

Uitdagingen oplossen door samen te werken met een ervaren partner voor additive manufacturing

Als u niet helemaal zeker weet hoe u additive manufacturing in uw bedrijf kunt integreren, als u niet weet hoe u moet ontwerpen voor 3D-printen, of als u niet klaar bent voor de investeringen en technische uitdagingen die gepaard gaan met het hebben van uw eigen 3D-printers, kunt u het beste samenwerken met een productiepartner. Een ervaren 3D-printpartner kan u helpen bij het overwinnen van veel van de grootste uitdagingen die gepaard gaan met additive manufacturing, waaronder initiële apparatuurkosten, inconsistente resultaten en een gebrek aan kennis van 3D-printen. Door met een partner samen te werken, krijgt u mogelijk ook toegang tot meer additieve materialen en een uitgebreider aanbod aan nabewerkingsopties.

Wanneer u met SyBridge werkt, kunnen we u inzicht geven in de ontwerp- en materiaalselectieprocessen voor additieve productietechnologieën en zelfs kostenbesparende mogelijkheden identificeren om u te helpen uw besparingen en winst te maximaliseren. Neem vandaag nog contact met ons op om met een expert op het gebied van additieve productie te spreken.