De onstuitbare opmars van digital manufacturing

Rapid prototyping, rapid manufacturing, digital printing, 3D-printing, termen die allemaal naar hetzelfde fenomeen verwijzen: het proces waarbij je rechtstreeks van de elektronische digitale voorstelling van een onderdeel naar het afgewerkte product gaat via additive manufacturing. Geen hype meer maar een bestaande methode die een enorme impact zal hebben op heel de verwerkende industrie.

Frans Godden is freelance journalist.

4 juli 2013

Wohlers Report, de bijbel van 3D-printing en additive manufacturing (AM), laat er in zijn jongste editie van 2012 geen twijfel over bestaan: AM zit nog steeds in de lift. De gemiddelde jaarlijkse groei bedroeg in 2011 29,4 procent en de verwachting is dat die groei met dubbele cijfers nog vele jaren zal aanhouden. Wohlers Associates voorspelt dat de verkoop van AM-producten en -diensten tegen 2015 al goed zal zijn voor 3,7 miljard dollar en vier jaar later zelfs al meer dan 6,5 miljard zal vertegenwoordigen.

Ter herinnering: additive manufacturing is het proces waarbij, vertrekkende van een digitaal model, een driedimensionaal voorwerp wordt gecreëerd met printers die opeenvolgende lagen van een poedermateriaal (kunststof, metaal, enzovoort) afdrukken. De technologie staat bij het grote publiek vooral bekend als 3D-printing, maar het is eigenlijk een digitale maaktechniek waarvoor ook andere technologieën worden gebruikt die niet allemaal echt op printen lijken. Analisten stellen dat je het moet zien als een onderdeel van een grotere stroming waarbij hele industrieën complete transformaties doormaken door de digitalisering van maaktechnieken, een beetje zoals de muziekindustrie die sedert de komst van MP3 volledig is veranderd of de fotografie met de doorbraak van digitale camera‘s.

In zijn jongste jaarlijks Hype Cycle-rapport plaatst marktonderzoeker Gartner 3D-printing op de top van de hypecyclus, maar industriekenners wijzen erop dat het eigenlijk al lang helemaal geen hype meer is. Het is door de jaren heen gewoon gestaag gegroeid, ondanks de economische recessie. Vandaag is digital printing een 1,8 miljard dollar grote business. Overigens er is nog een ander cijfer dat aantoont dat digital printing nog een grote toekomst tegemoet gaat: van de totale printingindustrie die zeshonderd miljard dollar omzet, is nog geen tien procent vandaag digitaal – een enorm groeipotentieel voor het digitale luik dus.

Amazon

In een recente presentatie tijdens een TTC-workshop ’Industrial printing & additive manufacturing‘ wees Marcel Slot, directeur Technology Planning & Partnerships bij Océ, erop dat de opkomst van 3D-printing eigenlijk een logische stap is in de evolutie van printing naar digitale fabricage. In een eerste fase zijn we van grafisch drukken (op papier) naar industrieel drukken gegaan (op alles en nog wat), terwijl we in de tweede fase de stap hebben gezet van industrieel printen naar manufacturing en vervolgens met 3D-printing van digitaal design naar het eindproduct zijn gegaan. Hij voorspelt dan ook dramatische verschuivingen in het fabricagelandschap. Het gaat hier immers niet enkel over het 3D printen van voorwerpen maar om het digitaal fabriceren van foto‘s, boeken, posters, textiel, keramische tegels, noem maar op. Van de klassieke massaproductie in het Verre Oosten inclusief transport en lokale distributiecentra evolueren we dan naar digitale fabricage hier ter plaatse, en van een pushmodel naar production-on-demand.

Volgens Slot moet je 3D-printing zien als een onderdeel van een transformatie die in de hele verwerkende industrie plaatsvindt, met kortere runtijden en een flexibilisering van de productie, met een design dat global wordt en de productie local. We weten dat we sneller moeten ontwerpen en produceren, sneller moeten reageren met kortere series, kortere doorlooptijden. Dat kun je volgens Slot alleen maar doen met digitale technieken. Hij verwijst daarbij naar het voorbeeld van Amazon, waar je via de website een boek kunt bestellen dat je dan binnen 48 uur krijgt thuisbezorgd. Welnu, ongeveer de helft van die boeken zijn niet op voorraad maar worden on demand geprint met digitale apparatuur. Hier gaat het volgens hem niet alleen om een vervanging van de ene technologie door de andere, maar is het ook een omwenteling in de productieketen – zeer snel reageren en kleine series maken.

Het lijdt voor Slot geen twijfel: alle vooraanstaande bedrijven maken vandaag al gebruik van technologieën als 3D-printing omdat het een hoop voordelen geeft. Je kunt prototypes maken, zelfs als die nog niet volledig functioneel zijn, als visualisatiemodel om even iets voor te stellen of iets te passen, bijvoorbeeld een dashboard in een wagen waar je even wilt nagaan of de kabels bij de montage wel op hun plaats zitten, of hoe lang het in de productie duurt voor een montagemonteur. Zoiets kun je niet maken met spuitgietmallen. Dat is veel te duur en het kost te veel tijd.

Dan hebben we het alleen nog maar over prototyping, maar als je overstapt naar kleine series afgewerkte producten, dan praten we over rapid manufacturing waarbij je de producten die je maakt ook effectief kunt gebruiken. Die nieuwe markt is volgens Marcel Slot nog maar een klein deeltje van de totale 3D-printingmarkt, maar dat deeltje groeit wel het snelst binnen de hele sector en het houdt ook de grootste beloften in.

CT-scan

In zijn presentatie besteedde Slot opvallend veel aandacht aan de workflow die met digital printing gepaard gaat, want die wordt vaak nog onderschat. Hij citeerde daarbij het voorbeeld van de moderne gehoorapparaten, de in-ear-toestelletjes. De kwaliteit daarvan is de afgelopen tien jaar met sprongen vooruitgegaan. Tot voor kort werd minder dan tien procent gemaakt met een digitaal 3D-printingprocedé, nu is dat honderd procent. Er is geen nieuwe fabricagetechniek aan te pas gekomen maar de workflow – van design tot een oplossing voor de klant – is drastisch veranderd.

Het Leuvense Materialise, een van de belangrijkste serviceproviders op dit vlak in de Benelux, heeft in samenwerking met enkele andere partijen een nieuwe aanpak uitgewerkt. Vroeger liet je een scan maken van hoe je oor er aan de binnenkant uitzag, en dat bepaalde de vormgeving van de buitenkant van je gehoorapparaatje. Sinds kort kun je ook bepalen hoe de binnenkant van dat apparaatje eruit moet zien, zeg maar de kanaaltjes waarlangs het geluid zich moet verplaatsen, en dat is voor elk oor verschillend: afhankelijk van de vorm van je oor heb je ook een andere binnenkant nodig. Nu zijn precies die kanalen aan de binnenkant heel belangrijk voor de akoestiek, en dankzij 3D-printing kan nu elk gehoorapparaatje zowel aan de buiten- als aan de binnenkant helemaal uniek zijn, perfect afgestemd op de individuele gebruiker. Daarmee heb je volgens Slot twee dingen bereikt: je kunt op heel korte tijd snel van een scan naar een product gaan dat precies past, een perfecte workflow dus, en de prestaties van die apparaatjes zijn er met sprongen op vooruitgegaan.

Nog een ander prachtig voorbeeld is volgens Slot wat Materialise nu ontwikkelt: de zogenaamde drill guides of boormallen, snij- en zaagmallen voor operaties. Complexe operaties zijn echt handwerk. Chirurgen moeten zoeken naar de juiste plaatsen waar ze moeten boren of zagen. Vandaar dat ze nu steeds vaker een beroep doen op met 3D-printing vervaardigde mallen in kunststof die precies op de botdelen passen met de correcte uitsparingen waar de chirurg moet zagen of boren en ook exact hoe diep, inclusief de juiste uitsparingen voor de schroeven. Dankzij het samenspel van CT-scans en 3D-printing kunnen die mallen perfect op maat gemaakt worden voor elke patiënt.

In zijn jongste jaarlijks Hype Cycle-rapport plaatst marktonderzoeker Gartner 3D-printing op de top van de hypecyclus, maar industriekenners wijzen erop dat het allang helemaal geen hype meer is. Het is door de jaren heen gewoon gestaag gegroeid, ondanks de economische recessie.

Op zijn kop

Tijdens de workshop werd ruiterlijk toegegeven dat er aan 3D-printing ook nadelen zitten. Een minpunt is dat additive manufacturing nog erg langzaam is en dat de materialen die worden gebruikt vaak van gespecialiseerde leveranciers komen die van hun sterke marktpositie een monopolie hebben gemaakt en daardoor de materialen erg duur kunnen houden. Pas wanneer de tonnages van de grondstoffen oplopen, zal het voor grote chemische bedrijven interessant worden om dat soort materialen ook in grote hoeveelheden te gaan maken, en dan gaat de prijs natuurlijk dalen.

Een tweede belangrijke kostenpost waar gebruikers over klagen, is dat het gamma materialen waaruit je kunt kiezen toch nog vrij beperkt is in vergelijking met gewone, klassieke productiemethodes. Aangezien ook de eigenschappen van de producten verschillen al naargelang de productiemethode, zullen ingenieurs niet zo snel geneigd zijn op andere normen en standaarden over te stappen voor een ander materiaal of een andere maaktechniek.

Over één zaak zijn zowel fabrikanten als gebruikers en marktonderzoekers het roerend eens: 3D-printing en additive manufacturing zullen het klassieke fabricagemodel op zijn kop zetten. Er komt geen tooling meer bij kijken. Je hebt quasi geen productieafval meer. Je kunt ook kleine series maken, on demand, heel snel en milieuvriendelijk, zonder voorraden en met een heel korte logistieke keten. De natte droom van elke vooruitstrevende fabrikant.