Eerst klanten uitdagen, pas daarna naar de tekentafel

Mei 2013 zit Daan Kersten in zijn kersverse bedrijfsruimte op Strijp-S als de telefoon gaat. Hij maakt dan al een klein jaar plannen met Jonas Wintermans om een onderneming uit de grond te stampen voor 3d-metaalprinters. Het duo ziet een onmiskenbare kans om additive manufacturing te industrialiseren en is vastbesloten om het serieus aan te pakken.

Elkaar hebben ze bezworen: als ze iets starten, dan gaan we niet zitten fröbelen, maar pakken we het groot aan. In principe hebben ze daar de ruimte voor. Wintermans is net teruggekeerd uit Londen, waar hij het bankiersvak leerde. Hij heeft van zijn familie, eigenaar van sigarenmaker Agio, het groene licht gekregen om te investeren in de hightech.

Kersten en Wintermans roepen al sinds de Frankfurter matrijzenbeurs Euromold 2012 tegen heel hightech Nederland dat ze metaalprinters gaan bouwen. Om te onderstrepen dat het menens is, richten ze op Strijp-S met gevoel voor esthetiek hun eerste kantoor in. De modern ingerichte ruimtes, glazen pui en het strakke logo op de buitenkant contrasteert sterk met de hen omringende bedrijfjes, die meestal genoegen nemen met de industriële Philips-look.

Het enige dat na bijna een jaar plannen ontbreekt, is een technicus die leiding kan geven aan de ontwikkeling van een 3d-metaalprinter. Totdat Kersten in mei de telefoon opneemt. ‘Hallo, met Mark Vaes van TNO. Ik heb misschien een rare vraag, maar ik zou graag eens een keer een kop koffie met jullie willen drinken, want ik vind dat jullie wel een heel stoer plan hebben.’

Kersten en Wintermans springen een gat in de lucht. Kersten studeerde zelf weliswaar aan de TU Delft, maar hij is niet de persoon om een machine te ontwikkelen. Vaes komt per september aan boord en daarmee wordt de aanvankelijke droom van een machinebouwer met een doorbraaktechnologie veel concreter.

Ondernemersbloed

Vaes is van huis uit werktuigbouwer en heeft bij TNO ervaring opgedaan als systeemarchitect en projectmanager bij de ontwikkeling van 3d printen en dunnelaagprocessen voor zonnecellen. Hij kent Kersten en Wintermans sinds ze in 2012 op een TNO-event voor 3d printen aankondigden dat ze de additive technologie echt wilden industrialiseren. Als TNO’s programmamanager Additive Manufacturing voert Vaes sinds die tijd regelmatig gesprekken met de Brabantse ondernemers.

Het toeval wil dat Vaes op dat moment aan het nadenken is over zijn toekomst. Hij past niet helemaal in het profiel van de typische TNO-researcher of -ontwikkelaar en droomt over het starten van een eigen bedrijf. Hij heeft een prachtige tijd gehad en veel geleerd bij de r&d-organisatie, maar na ruim vijf jaar begint het te kriebelen. ‘Ik zag de 3d-printmarkt groeien en volwassener worden. Het bewoog van prototyping naar echte manufacturing. Ik dacht: daar moet deze regio iets mee. Ik zag initiatieven in Duitsland, Engeland en de VS, en vroeg me af waarom er in Nederland geen 3d-printbedrijf was gestart. Ik zag het als een uitdaging om dat wel voor elkaar te krijgen. Daan en Jonas kwamen voorbij en ik geloofde hun verhaal. Ik dacht: het is wel niet mijn eigen bedrijf, maar het komt wel verdraaid dicht in de buurt.’

Dit kan niet waar zijn

Als Vaes september 2013 aan boord stapt, is Kersten net gestart met Addlab, een project waar hij met acht Eindhovense oem’s en toeleveranciers ervaring gaat opdoen met bestaande 3d-metaalprinters. Nadat op Strijp-S de eerste printer is geïnstalleerd, krijgt het team opnieuw een bewijs dat de techniek wat fabricage betreft nog in de kinderschoenen staat. Kersten: ‘We zaten in een klasje waar de trainer van die machineleverancier voordeed hoe je het metaalpoeder met een kwastje moest verwijderen door je handen in een glovebox te steken. Wij keken elkaar aan en zagen elkaar denken: dit kan toch niet waar zijn!’

Vaes startte bij zijn komst niet meteen met het ontwerpen van een 3d-metaalprinter. Kersten zegt dat die keuze cruciaal en definiërend is geweest voor Additive Industries. ‘We zijn eerst alles heel goed in kaart gaan brengen, want iedereen maakte op dat moment ongeveer dezelfde machientjes. Wij wilden weten: wat wil die markt? Wat vinden gebruikers van de bestaande machines? We hebben wereldwijd de meest ervaren gebruikers gesproken die we konden opsnorren. Echt leuk. We hebben gewoon gezegd: we zijn nieuw en hebben een ambitie, namelijk deze technologie van lab naar fab brengen. Als u in onze schoenen zou staan, wat zou u dan maken?’

Het antwoord was altijd eerst een schets van bestaande printers. ‘We moesten dan echt aandringen: denk eens verder dan de huidige beperkingen. Hoe ziet je wensenlijstje er dan uit? Slechts een aantal liet zich daarmee uitdagen en ging out of the box denken. Daar zijn uiteindelijk onze user requirements uit gekomen.’

Kersten had het niet verwacht, maar er was grote eensgezindheid onder potentiële afnemers. ‘Uit alle gesprekken kwamen drie hoofdeisen. De geprinte producten moesten binnen een veel beperktere bandbreedte op elkaar lijken. Kortom: reproduceerbaarheid. Productiviteit kwam op twee. Voor prototyping maakte de kostprijs niet zo veel uit. Maar voor series moest het echt goedkoper en dat lukt alleen bij hoge productiviteit. Derde was flexibiliteit. Iedereen was terughoudend met investeren omdat de technologie zich zo snel ontwikkelde’, zegt Kersten. Vaes vult aan: ‘Die flexibiliteit was ook nodig om materiaalpoeders te kunnen wisselen. Op dat moment moest je voor ieder metaal nog een andere machine kopen.’

Het grote witte vel

Daarna werd Vaes geconfronteerd met het bekende grote witte vel papier. ‘Ik zat achter mijn bureau en dacht: mijn hemel, waar begin ik nu?’ Het was niet de eerste keer dat hij aan een machineontwerp begon, maar hij was in zijn eentje en kon niet even bij collega-technici binnenlopen, zoals bij TNO. Wel had hij een netwerk en hij vroeg aan Ad Vermeer en Ger Schoeber om regelmatig te komen sparren. Naast deze systeemdenkers nam hij nog twee experts in de arm: hoogleraar Brent Stucker, een Amerikaanse kenner van het metaalprintproces, en de opticus Wim van Amstel. Ze spraken één keer per maand af. Na drie maanden voegde systeemarchitect Rob van Haendel zich bij het Additive Industries-team, waarna het technische team langzaam groeide.

Grote vraag was of powder bed fusion de juiste technologie was. ‘Je kunt die keuze maar één keer maken’, zegt Vaes. ‘We hebben ook patentonderzoek gedaan, want het was de vraag of we ons überhaupt wel konden bewegen in deze markt. Om daar een beeld van te krijgen, heb ik honderden patenten gelezen. Dat samen heeft eigenlijk tot een keuze geleid voor deze technologie en ook een bevestiging dat we ons daarin konden gaan bewegen, patenttechnisch gezien.’

Hoger prijskaartje

Modulariteit ziet Vaes als een van de belangrijkste keuzes die hij en zijn mensen maakten. Ze wisten dat er een hoger kostprijsplaatje aan hing, maar kozen toch voor een sterk modulaire architectuur. ‘We wisten dat we dan bij marktintroductie mogelijk te duur waren of met minder marge genoegen zouden moeten nemen. We hebben toch besloten die gok te wagen, want we rekenden erop dat we de kosten later zouden kunnen drukken.’

De regio Eindhoven telt bovendien talloze voorbeelden waarbij modulariteit bijdroeg aan succes in de markt. ‘We wisten dat het voordeel zou opleveren en dat we de assemblage van de modules niet zelf wilden doen, een beetje naar het voorbeeld van ASML’, zegt Kersten. ‘Met onze modulaire aanpak konden onze suppliers ook elke module afzonderlijk testen. Dat maakt het veel eenvoudiger voor ze.’

Module-upgrades maakten het ook mogelijk om klanten sneller en goedkoper te laten profiteren van nieuwe technologische ontwikkelingen. ‘Een aantal modules is vrij eenvoudig. Daaraan hoeven we niet veel te wijzigen. In onze storage-module kun je acht bouwplaten leggen en die gaat voorlopig niet meer veranderen. Hij moet het doen, maar als ie het doet, dan is het goed. Dat is echt een enorm voordeel’, zegt Kersten.

Vaes: ‘Maar de proceskamer en de exposure-module, waarin bewegende spiegels de laserstraal afbuigen, zijn complex. We wisten dat daar nog een boel verbeterslagen zouden volgen. Eigenlijk maakte dat een modulaire aanpak een verplichting.’

Tweede proceskamer

Modulariteit maakt ook productiviteit en het gebruik van meerdere materialen mogelijk. Dat laatste staat hoog op het wensenlijstje van bijvoorbeeld klanten die onderdelen maken voor de lucht- en ruimtevaartmarkt. De metalen producten worden in de proceskamer opgebouwd. Deze ruimte creëert de goede condities: geen zuurstof en de juiste luchtvochtigheid. Het 3d product ontstaat op de bouwplaat. Daarop ligt een laag metaalpoeder met een typische dikte van vijftig micrometer. Een laserstraal komt door een raam aan de bovenkant en smelt het poeder. Na het smelten zakt de bouwplaat een laagdikte, er wordt een nieuwe laag metaalpoeder aangebracht en er volgt weer een smeltstap. De Metalfab1-machines van Additive Industries kunnen tot zo’n tienduizend lagen bouwen.

Vaes: ‘De optiek met de lasers is het duurste systeemdeel, dus die wil je eigenlijk 100 procent benutten. Onze machines verwijderen het resterende poeder automatisch, maar dat kost toch tijd en dan staat je laser niets te doen. Dus we hebben gezegd: we zetten er een tweede proceskamer naast en de exposure-module wisselt dan tussen de proceskamers. Zo gauw hij klaar is met printen gaan we naar de volgende bouwplaat die dan al helemaal gereed staat.’

Dat bracht het team ook op het idee om in de tweede proceskamer een ander materiaal te gebruiken. ‘Daarmee hadden we meteen antwoord gegeven op de vraag van klanten. Die hoefden daarvoor geen hele nieuwe machine aan te schaffen, maar ze hoefden slechts een extra module te kopen om een tweede materiaal aan te brengen. Het was al modulair opgezet en ineens konden we zowel aluminium, titanium als staal printen. Toen we toch modulair bezig waren, konden we er ook proceskamer nummer drie en vier aan vastplakken’, aldus Vaes.

Kersten: ‘Eigenlijk verkopen we geen machine, maar een platform dat onze klanten een basis biedt om continu door te ontwikkelen. Net als bij Tesla. Je koopt vandaag een auto, maar morgen kun je er meer mee. Dat is bij ons ook. Wij upgraden echter niet alleen software, maar ook de hardware.’

Gietwerk

Wat visie betreft, is er weinig veranderd. ‘Onze machines moeten steeds productiever worden om de kosten per product te verlagen’, weet Kersten. ‘Het gaat naar hogere snelheden, meer geprint volume per tijdseenheid. In de eerste stappen van ons commerciële proces rekenen we al uit wat een product voor de klant kost als hij het met onze machine maakt in plaats van met zijn prototyping-machine. In de regel zitten we ongeveer op de helft van zijn huidige kostprijs. Dat moet nog verder naar beneden. Ons doel is om daar zeker nog de helft vanaf te halen. Dan beginnen we namelijk te concurreren met gietwerk.’

Uiteindelijk, zegt Kersten, is Additive Industries niet zo geïnteresseerd in benchmarking ten opzichte van de concurrentie. ‘We zijn veel meer bezig om deze snelgroeiende markt nog sneller te laten groeien. Als wij straks kunnen concurreren met gietwerk, dan ligt er een enorme markt open. Daar zetten we stevig op in. We hebben er niet echt een jaartal op geplakt, maar tegen elkaar zeggen we dat we binnen een jaar of vijf toch echt weer flinke stappen zullen hebben gemaakt.’