Delftse start-up verkoopt duizendste 3D-printer

Op de redactie van Mechatronica&Machinebouw komen regelmatig persberichten binnen van bedrijven die een mijlpaal hebben bereikt: het honderdste project is afgerond of de duizendste machine verkocht. Meestal ondernemen we geen actie omdat het te veel marketing is. In het geval van Leapfrog ligt de zaak anders. De spin-off van de TU Delft is pas sinds maart vorig jaar bezig en rondde in december al de kaap van duizend verkochte systemen. Dat doen weinig starters het bedrijf uit Alphen aan den Rijn na.

Leapfrog ontwikkelt betaalbare 3D-printers die een groot volume kunnen bestrijken. De Creatr kost slechts 1250 euro en heeft een printbereik van 23 cm breed, 27 cm lang en 22 cm hoog. ’Dat zijn onze unique selling points‘, aldus directeur en medeoprichter Mathijs Kossen. ’We horen vaak van onze klanten dat ze ons kiezen omdat onze machines zo‘n groot bouwvolume hebben.‘ De strategie slaat aan. ’Het is een chaos, het dendert om ons heen. We kunnen bijna niet snel genoeg produceren om aan de vraag te voldoen.‘

Ondanks het succes van Leapfrog was het gat in de markt relatief eenvoudig te vinden. Kossen: ’Tijdens mijn studie aan de TU Delft moest ik stage lopen. Via een medestudent kwam ik uit bij AV Flexologic, het bedrijf van diens vader. We gingen er aan de slag met de bouw van een 3D-printer. Er waren verschillende bouwpakketten op de markt waarmee je zelf een fragiele printer in elkaar kon zetten. We bestelden zo‘n doos met onderdelen en kwamen al snel tot de conclusie dat er heel veel ruimte voor verbetering was. De meeste gebruikers van een 3D-printer zitten er namelijk helemaal niet op te wachten dat ze het apparaat helemaal zelf in elkaar moeten zetten. Dat is natuurlijk ook heel logisch; een gewone printer hoef je toch ook niet zelf te bouwen?‘

Met de Creatr sprong Leapfrog in dat gat. ’Het is een kant-en-klaar product‘, zegt Kossen. ’Een plug-and-play machine die je zo uit de doos op je bureau zet en waarmee je gelijk aan de slag kunt. Dat slaat aan. Ze zijn niet aan te slepen. We zijn er inmiddels ook achter dat veel van onze knowhow zit in de opzet van een goede productielijn. Om te kunnen blijven leveren, moet dat soepel lopen. Als we de productietijden kunnen terugdringen, halen we daar heel veel uit want dan kunnen we meer verkopen.‘

Via hun netwerk vonden de oprichters van Leapfrog een partij in Oost-Europa die de productie voor zijn rekening kon nemen. ’Kijk, je wilt een low-cost machine aanbieden zodat je 3D-printen toegankelijk maakt voor een schappelijke prijs‘, licht Kossen de keuze voor het lagelonenland toe. Naar een Nederlandse partner heeft het niet eens gekeken. ’Hoe kun je het goedkoopst zo‘n printer op de markt zetten? Daar gaat het om. Dat betekent aan de ene kant verstandig inkopen en aan de andere kant verstandig assembleren.‘

Eén keer in de twee weken rijdt er nu een vrachtwagen van de productiesite naar Nederland met honderdvijftig tot tweehonderd nieuwe printers. In Alphen aan den Rijn gebeuren de kwaliteitscontrole en de distributie. Kossen benadrukt het belang van een goede band met je leveranciers: ’Als het lekker loopt, heb je ook wat voor elkaar over. Bij een spoedopdracht of een designwijziging stuit je dan niet gelijk op verzet. Het werkt veel fijner als je elkaar beter kent.‘

Gehard glas

Het principe achter 3D-printing is redelijk simpel. De printkop – de extruder – smelt een binnenkomende plastic draad en deponeert dat materiaal op de grondplaat in de machine. Dat eerste laagje vormt de basis voor het volgende laagje. Zo stapelt de printer laag op laag totdat het object klaar is. Omdat de printkop vrij in het platte vlak kan bewegen, kan de ontwerper vrijwel ongelimiteerd zijn designs printen.

De printkop in de Creatr glijdt over twee metalen assen van links naar rechts. De aansturing met een simpele tandriem ziet er houtje-touwtje uit. ’Natuurlijk heb je betere oplossingen‘, geeft Kossen toe, ’maar dit werkt prima en het is goedkoop. Je kunt het ook makkelijk vervangen wanneer het is versleten. Twee schroefjes losdraaien en je kunt een andere tandriem plaatsen.‘ De beweging van voor naar achter gaat op eenzelfde manier. Ondanks de eenvoudige constructie haalt de Creatr een positienauwkeurigheid van 0,05 millimeter. Dat is ruim voldoende als je bedenkt dat de laaghoogte en de breedte van de printbundel zo‘n 0,15 millimeter is.

De printkop blijft continu op dezelfde hoogte. De benodigde beweging in de z-richting realiseert Leapfrog door de grondplaat in stapjes omlaag te brengen. ’We deden dat eerst langs een M8-schroefdraad maar dat werkte niet goed‘, vertelt Kossen. ’De nauwkeurigheid van de draad was niet optimaal waardoor het platform ging hobbelen.‘ Nu zitten er in de Creatr dus drie kogelomloopspindels: twee voor en één midachter. De achterste wordt rechtstreeks aangedreven met een stappenmotor. Via een tandriem wordt die aandrijving overgebracht op de twee voorste spindels.

’De grote truc is om de eerste laag van het object goed te deponeren‘, weet Kossen. ’Die wordt fijngedrukt tegen de grondplaat zodat het materiaal blijft plakken. De kop moet het plastic dus precies 0,1 millimeter boven dat plateau loslaten. En dat moet over het hele oppervlak, zowel linksvoor als rechtsachter. Je hebt dus een extreem egaal oppervlak nodig. We gebruiken gehard glas. Dat is heel stevig en vlak. Nadeel is dat het wel glad is, waardoor het materiaal niet goed blijft liggen. We lossen dat op met een plastic folie dat we op de glasplaat plakken zodat het beter hecht. Om het proces nog verder te verbeteren, verwarmen we de glasplaat tot ongeveer tachtig graden. Als de eerste laag eenmaal goed ligt, is het verder een koud kunstje.‘

Wat is technisch gezien het meest lastige onderdeel? ’De extruder‘, antwoordt Kossen direct. ’Het materiaal komt koud binnen. Het motortje dat de draad naar binnen trekt, duwt het langs een verwarmingselement en door de nozzle weer naar buiten. Dat moet niet te snel gaan omdat de draad dan nog niet voldoende is gesmolten. Maar het moet ook niet te langzaam gaan omdat het plastic dan te zacht wordt om netjes te printen.‘

Proefondervindelijk heeft Leapfrog vastgesteld wat de goede motorsnelheid is. ’Na een paar iteratieslagen hadden we het gevonden‘, zegt Kossen. ’We hebben geen uitgebreide simulaties gedaan. Volgens mij is dat ook niet nodig bij deze nauwkeurigheden. Wel zijn we op zoek naar een stagiair van de TU Delft om het probleem eens wat wetenschappelijker te benaderen. We doen het nu met een wieltje en een lagertje. Dat werkt prima, maar het kan altijd beter. Op welke manieren zouden we het efficiënter kunnen doen? Daar zit voor ons bedrijf de ontwikkeling.‘

Snuffelstage

Oorspronkelijk had Leapfrog het plan om gelijk verschillende 3D-printers op de markt te brengen. Met de Creatr mikt het op de semiprofessionele sector waar het vooral draait om de prijs en de printgrootte. Op de planning stond ook een professionele, snellere en gebruiksvriendelijkere machine. Door het succes van de Creatr moest Leapfrog deze Xeed even op een laag pitje zetten maar inmiddels zit de ontwikkeling in de eindfase.

’Met de Xeed spelen we meer in op bedrijven die de 3D-printer intensief willen gebruiken en die elke dag een ander model willen printen‘, legt Kossen uit. ’De Creatr is voor die bedrijven een beetje een snuffelstage; voor dat bedrag kunnen ze hun hoofd niet stoten maar ze kunnen wel kijken of het wat voor ze is. Als ze ermee verder willen, kunnen ze nu overstappen naar de Xeed. Die is nauwkeuriger, sneller en gebruikersvriendelijker.‘

Alle houtje-touwtjeconstructies uit de Creatr hebben plaatsgemaakt voor meer robuuste oplossingen. Zo zijn de lineaire geleidingsassen vervangen door geulprofielen. Door die redesignslag haalt de Xeed een positienauwkeurigheid van 0,012 millimeter en print hij laagjes van 0,1 millimeter dik. Hij is bovendien vier keer zo snel als de Creatr: de Xeed print twee kubieke centimeter per minuut. Het apparaat gaat 5460 euro kosten.

Verder heeft Leapfrog het printproces geautomatiseerd. Aan de Creatr moet je een laptop koppelen met de printbestanden erop. De Xeed heeft een ingebouwde computer met touchscreeninterface. De STL-files die je wilt printen, kun je nu bijvoorbeeld exporteren uit Solidworks en via draadloos internet verzenden naar de printer. Op het schermpje kun je dan eventueel de instellingen voor de opdracht selecteren. Wil je bijvoorbeeld snel printen, extra nauwkeurig of juist heel economisch? ’Dat soort zaken is veel makkelijker in te stellen dan op de Creatr‘, aldus Kossen.

De komende maanden moet de Xeed op de markt verschijnen. Verwacht Kossen eenzelfde succes als bij de Creatr? ’Natuurlijk zou ik er graag duizend per jaar verkopen maar het is een heel andere markt. Er is wel veel vraag naar: er zijn er al behoorlijk wat gereserveerd. We verwachten eind dit jaar op zo‘n vijfentwintig Xeeds per maand te zitten.‘