Additive manufacturing betekent een andere mindset
Paul Simons is productinnovator bij TSG Group.
3D printing is hot. De laagdrempelige opensource Reprap-printers hebben aan de wieg gestaan van het ruime aanbod van betaalbare commercieel verkrijgbare modellen. De ene ziet er nog mooier uit dan de andere. Het basisprincipe van opsmelten van een kunststof filament in een dunne draad waarmee laagsgewijs wordt geschreven, is in alle gevallen gelijk. Buiten deze fused deposition modeling-methode (FDM) is er ook de techniek van het thermisch verbinden van poeders of fotolithografisch uitharden van lichtgevoelige polymeren. Ook deze technologieën worden op creatieve en vernuftige wijze vanuit de opensourcegemeenschap omarmd en vertaald in slimme en eenvoudige oplossingen, die machinebouwers en producenten inspireren tot nieuwe machines die beter, sneller en vaak ook goedkoper zijn.
Wanneer veranderen deze rapid prototyping-technieken in echte (additieve) productie? Vanuit de techniek van FDM voornamelijk door hogere snelheden in de x- en y-richting, sneller en meer gecontroleerd opsmelten van het printmedium en door meer parallelle processen in te zetten. Het is voornamelijk de mechanica die moet worden doorontwikkeld, omdat de software op dit moment snel genoeg is. Wat dat betreft, is het net de mens die vaak sneller denkt dan acteert. Bij de uithardende technieken zit de ontwikkeling meer aan de kant van de materialen.
Vanuit de markt biedt vooral de laagdrempeligheid van rapid prototyping de opstap naar additive manufacturing. Betaalbare en veelal gratis ontwerptools, een enorme bibliotheek aan voorbeeldprojecten op internet, de verscheidenheid aan beschikbare AM-technologieën en grote diversiteit in aanbieders maken dat additive manufacturing trending is. Vrijwel dagelijks is 3D printing in het nieuws, met gisteren een geprint wapen, vandaag een gereconstrueerde en succesvol geïmplanteerde schedel en morgen weer wat spectaculairs.
Wat zou er nodig zijn om de ingenieur van morgen te laten kiezen tussen productietechnieken zoals spuitgieten, verspanende bewerkingen, een lassamenstelling of additive manufacturing? Het is de mindset. Bij AM dienen we op een andere wijze te denken dan we als ontwerper of constructeur gewend zijn. We hoeven ons geen zorgen te maken over het aantal opspanningen, over de aanzet of over snijsnelheden. Laten we denken op de wijze waarop Gaudí zich in zijn ontwerpen liet inspireren door de natuur, het organische. Neem de fantastische structuren in de Sagrada Família. Laten we denken zoals het genie M.C. Escher en laat het water nu eens omhoog stromen. Leuk te vermelden dat mensen daadwerkelijk via 3D printing de waterval van Escher realiseren.
Als je kijkt naar projecten op het gebied van mechatronica en machinebouw, kan additive manufacturing zeker een goede bijdrage leveren. Door gebruik te maken van materiaaleigenschappen en door integratie van functionaliteit is bijvoorbeeld een productgrijper te bedenken die uit één stuk bestaat in plaats van uit een gefreesde houder met drie armen en de nodige assen, veren en borging. De elasticiteit van het materiaal wordt benut voor de verende eigenschappen. Buiten functie-integratie biedt additive manufacturing de mogelijkheid tot ontwerp in filigraanachtige structuren. Binnen de context zal topologische optimalisatie zich uitermate kunnen lenen hiervoor.
Ingredients enabling carbon neutrality of warehouse systems
5 oktober 2023 vindt de INCOSE-NL workshop 2023 plaats, met spreker Daan Meijsen van Vanderlande. Tijdens de workshop krijg je inzicht in de verschillende cross-cutting duurzaamheidsperspectieven voor hightech systemen. Bekijk het volledige programma online en registreer nu!
Het blijft aan de ontwerper van vandaag om het beste uit de techniek naar boven te halen. Ten aanzien van de toekomstige ingenieur is additive manufacturing ondertussen als een van de toepasbare productietechnieken in het onderwijsprogramma opgenomen. Qua technologie zullen ontwikkelingen en verbeteringen op het vlak van multimateriaaltoepassingen, zeer precieze en high-performance delen, onderdelen met hoge eisen qua oppervlaktegesteldheid en permeabiliteit ook de conservatieve ingenieur of constructeur weldra over de streep trekken om AM als volwaardige productietechniek te zien.
