3d-techniek ook geschikt voor minder complexe onderdelen

Sinds januari is binnen Kaak een eigen onderneming opgericht die zich geheel kan focussen op 3d printen. K3D is momenteel de enige in Nederland die beschikt over een Metalfab1-metaalprinter van Additive Industries. In de laatste anderhalf jaar werden al meer dan veertienduizend direct inzetbare onderdelen geprint.

Jaap Bulsink is technisch directeur van Kaaks 3d-tak K3D.

De Kaak Group is een familiebedrijf met 850 medewerkers verspreid over zes vestigingen. De firma ontwikkelt en bouwt productielijnen voor industriële bakkerijen. Binnen Kaak is 3d metaal printen het afgelopen jaar uitgegroeid tot een volwaardig industrieel productieproces. Het bedrijf uit Terborg beschikt over een Metalfab1 van Additive Industries, met twee printkamers van elk 420 bij 420 bij 400 mm voor rvs en gereedschapsstaal. In 2017 werden meer dan veertienduizend producten geprint. En niet alleen testonderdelen, maar vooral toepasbare onderdelen die rechtstreeks op Kaak-lijnen konden worden geïnstalleerd.

Het is verbazend om te zien hoeveel er mogelijk is met de 3d-metaalprinter. ‘Als je eenmaal begint, vallen de schellen van je ogen’, aldus Kaak-directeur Lodewijk van der Borg. ‘In de automotive en de vliegtuigbouw hebben ze de uitdaging dat ze aan ongelooflijk hoge kwaliteitsstandaarden moeten voldoen. Natuurlijk moeten wij ook kwaliteit leveren, maar het niveau is compleet anders dan bij die jongens. Als er bij ons iets kapotgaat, valt er een broodje van de lijn. Soit. De openbaring was dat als we iets hadden geprint, we het ook gelijk konden inzetten, in tegenstelling tot veel andere industrieën.’

Een voorbeeld zijn de dieptrekstempels. Een jaar geleden trokken deze 3d geprinte stempels nog erg krom en was het oppervlak te ruw. Nu printen we stempels die recht blijven, met hoge nauwkeurigheid en een lage ruwheid. Daarnaast is de kern uitgehold en verstevigd met lattice-structuren. Hierdoor is het product nog maar dertig procent van het originele gewicht en is de printtijd aanzienlijk verlaagd.

Aan het begin van 2017 printte Kaak nog maar één onderdeel voor een robot. Inmiddels staat de teller op meer dan 750. Het zijn vrijwel allemaal componenten die worden bevestigd aan het uiteinde van een robotarm, waarbij gewicht een belangrijke factor is. Daarnaast zijn er veel features die nu succesvol kunnen worden geprint zoals inwendige en uitwendige schroefdraad, complexe koelkanalen, scharnieren, lattice-structuren en bladveren. En we hebben nog lang niet alles gezien en bereikt. Over een jaar hebben we waarschijnlijk dingen geprint die we nu niet voor mogelijk houden.

Omdenken

K3D – de 3d-printdivisie van Kaak – ziet steeds meer mogelijkheden om onderdelen te printen. Niet alleen voor de Kaak-productielijnen, maar ook voor externe partijen uit zeer diverse marktsegmenten. We hebben al aanvragen gehad uit de aerospace en foodbranche, maar ook veel machinebouwers weten ons te vinden.

Wat we regelmatig merken, is dat er in Nederland nog weinig kennis is over de mogelijkheden en de ontwerpvrijheden van 3d metaal printen. Vaak krijgen we een tekening aangeleverd waarbij het product ontworpen is voor een verspanende bewerking zoals frezen. Dit willen ze dan graag 3d geprint hebben. In het merendeel van de gevallen is dit niet optimaal en worden lang niet alle voordelen van 3d printen benut zoals gewichtsbesparing, functie-integratie, koelkanalen, montage-instructies, vormvrijheid en personalisatie.

Het is ook heel logisch dat een product, ontworpen voor een verspanende bewerking, niet in lijn ligt met een product ontworpen voor 3d printen. Bij verspanen is de algemene regel dat hoe minder materiaal je hoeft te verwijderen, hoe goedkoper het product wordt. Bij 3d printen is dit juist net andersom: hoe meer materiaal er aan elkaar moet worden gesmolten, hoe langer het proces duurt.

Het is wellicht een open deur, maar een van de geleerde lessen is dat dit omdenken niet in een dag te bewerkstelligen is. Kaak heeft intern een vrijwillige training gegeven aan zo’n honderd medewerkers om het 3d-denken in de organisatie te krijgen. Dat heeft zeker zijn vruchten afgeworpen. Met een training alleen ben je er echter niet. Het is echt een kwestie van doen en elke dag weer leren, om vervolgens de geleerde lessen in de praktijk toe te passen. Het blijft een iteratief proces.

Shared facility

Kaak stapte op de 3d-trein door in 2015 deel te nemen aan het Addlab-consortium, een gezamenlijke proeftuin voor 3d metaal printen opgezet door Additive Industries. Binnen een paar maanden waren de eerste producten al gevonden die direct op onze machines konden worden toegepast. Een van de producten betrof een simpel steuntje voor een luchtcilinder. Daarmee konden we flink besparen op doorlooptijd omdat er drie onderdelen werden geïntegreerd. Daarnaast was het product lichter, goedkoper en hygiënischer door het wegvallen van de lasladen.

Toen we zagen dat dit simpele geprinte onderdeel al zo veel voordelen bood, begonnen we echt in deze technologie te geloven. Het duurde dan ook niet lang voordat er een eigen machine in de Achterhoek kwam te staan. Kaak hanteert hier het principe van shared facility. Onder de naam K3D verhuurt het de helft van de printcapaciteit aan zeven partijen uit de regio en twee opleidingsinstituten. Een gouden greep, want zo delen we de kosten, maar ook de kennis. Dit resulteert in een veel snellere proces- en productontwikkeling. De printparameters zijn gezamenlijk bepaald en de dichtheids- en trekproeven zijn gezamenlijk uitgevoerd. Ook bij deze partners blijft het niet bij onderzoeken of prototypes, maar worden direct toepasbare producten geprint zoals persgereedschap, montagetools, koelnozzles, fietsframes en boorkoppen.

Pijnpunten

Uit onderzoek van de Amerikaanse 3d-printspecialist 3deo blijkt dat 67 procent van de ondernemers heel erg geïnteresseerd is in 3d printen, maar nog niet durft of wil instappen. Ze geven aan dat ze per direct zouden meedoen als de tweede golf zich voordoet. Dit komt erop neer dat ze snel willen schakelen en willen investeren in 3d printen, maar alleen als ze zien dat anderen hiermee succes hebben.

Het verbaast Kaak dat er zo weinig bedrijven in Nederland zijn die investeren in de 3d-productietechniek. Andere landen zoals België en Duitsland lopen in vergelijking met Nederland flink voorop. Graag wil K3D in dit gat springen. De tweede Metalfab1 is reeds in bestelling. Ook deze tweede K3D-machine zal worden gerund als een shared facility. We zien dat dit voor alle partijen enorme voordelen biedt.

Een van de redenen dat partijen niet willen investeren in 3d-printtechnologie is een gebrek aan kennis. Daarnaast is de relatief hoge aanschafwaarde van 3d-printers vaak een drempel. K3D hoopt deze twee pijnpunten weg te nemen door partners te laten deelnemen aan de shared facility, waarbij het leerproces wordt versneld door gebruik te maken van de reeds opgedane kennis en kunde van K3D. We hebben er zelf meer dan drie jaar over gedaan om dit kennisniveau te bereiken. Ook zal de investering in het machinepark en alle faciliteiten daaromheen worden gedeeld op basis van hoeveel procent printtijd de partners willen gebruiken.

Niet complex

Op beurzen en in de pers zijn vaak de meest complexe en topologiegeoptimaliseerde prints te zien zoals manifolds, beugels op een satelliet of een heel motorframe. Allemaal fantastisch om te laten zien wat er allemaal mogelijk is met deze technologie. Er wordt echter zelden bij verteld dat deze producten alleen prototypes zijn, of nog veel te duur om daadwerkelijk in te zetten. Deze complexe producten schrikken veel bedrijven af, omdat die denken dat alleen de hightechindustrie of de aerospace geschikte markten zijn voor 3d-printers. Kaak heeft echter het afgelopen jaar laten zien dat er veel meer toepassingen zijn dan je zou denken. 3d geprinte producten hoeven helemaal niet complex te zijn om zowel technische als economische voordelen te bieden.

Daarnaast is de 3d-printmarkt nog lang niet uitontwikkeld. Er zijn nog steeds flinke stappen te zetten in printsnelheid, nauwkeurigheid van het printen en certificering van het proces. De tijd die nodig is om tot een goed ontwerp te komen, is al aanzienlijk verkort, maar is nog steeds lang. Softwarepakketten kunnen hieraan een grote bijdrage leveren om het ontwerpproces te versnellen alsmede het printproces te simuleren en te voorspellen.