Is Coronapandemie omslagpunt voor AM?

Of worden verwachtingen gehypt en is de AM-technologie nog steeds niet klaar voor serieproductie?

Formnext Connect was dit jaar de graadmeter om te kijken waar de AM-industrie staat. Dat levert een wisselend beeld op, van optimistische geluiden dat de pandemie Additive Manufacturing helpt definitief door te breken tot sprekers die de verwachtingen temperen. En van multilasertechnologie tot uiteindelijk de heilige graal om Additive Manufacturing daadwerkelijk op te schalen: lagere cost per part.

De toekomst brengt een mix van reshoring, distributed manufacturing en dual sourcing

Bij Siemens zijn de Additive Manufacturing activiteiten dit jaar sterk gegroeid. “Terwijl de markt worstelt, zien wij groei”, zegt Karsten Heuser, Vice President AM bij het Duitse technologieconcern. ”We zien met name een verschuiving richting applicaties.” Resilience supply chains, het buzzword sinds wereldwijd de aanleveringsketens afgelopen voorjaar abrupt tot stilstand kwamen. Deze boodschap hoor je de laatste maanden telkens opnieuw. Bedrijven houden hun supply chain modellen tegen het licht en zoeken naar oplossingen om deze minder kwetsbaar te maken voor onderbrekingen, of die nu door een virus komen, door geopolitieke spanningen of om cyberaanvallen, drie belangrijke oorzaken van onderbrekingen zo meldt 3D Hubs op basis van een onderzoek. Ook bij de start-ups staan de applicaties tegenwoordig op de voorgrond, zegt Arno Held van AM Ventures, het beleggingsvehikel van de familie Langer (EOS). Dit is overigens een trend die hij al een jaar bespeurt. “De teams weten hoe ze gebruik moeten maken van de AM-technologie en hoe ze hiervoor moeten ontwerpen. Wij zien echt de beweging naar de productie.”

Reshoring valt wel mee

Wie tussen de regels van de vele presentaties op Formnext Connect door oplette, viel het misschien op dat verwachtingen over hoe de pandemie AM helpt doorbreken niet door iedereen gedeeld wordt. Jennifer Johns, die aan de universiteit van Bristol onderzoek doet naar supply chain trends, denkt dat de wens wel eens de vader van de gedachte kan zijn. Ook haar valt het op dat veerkrachtige supply chains en reshoring, zodat landen weer voor de eigen bevolking kunnen gaan produceren, trending topics zijn. Er komt zeker productie uit het verre Oosten terug. Net zo zeer groeit het bewustzijn dat bedrijven kwetsbaar zijn vanwege de lange supply chains. Covid-19 heeft dat duidelijk gemaakt. Maar, merkte Jennifer Johns op: het zijn vaak politieke discussies. “Dat beïnvloedt hoe we de realiteit zien.” Volgens haar zijn het de kleine series die terugkomen naar het Westen en nieuwe producten waarvoor men hier productiemogelijkheden zoekt. “Wat aan werk terugkomt, is niet zo groot als we horen, lezen en denken.” Reshoring is geen universeel proces. Zij ziet voor de toekomst een gemengd beeld: reshoring, distributed manufacturing en dual sourcing, om in geval van een onderbreking een tweede leverancier in een andere regio achter de hand te hebben. In alle drie deze modellen kan Additive Manufacturing een rol spelen, denkt zij. Kritische geluiden waren er ook te horen van de kant van Boston Consulting Group. De AMbedrijven zijn te veel bezig met het vergroten van hun marges en te weinig met het bouwen van ecosystemen. Met dit laatste kunnen ze de totale AM-markt vergroten. En dan krijgt ieder vanzelf een groter stuk uit de taart.

Investeringen blijven achter

OEM’ers die naar supply chain veranderingen kijken, investeren nog niet direct in AM-capaciteit. Dat staven allerlei marktonderzoeken momenteel. Ook bij Trumpf ziet men dat de markt voor laser poederbed metaalprinters al twee jaar stagneert. Groei is er alleen in het topsegment en aan de onderkant, de low cost systemen, waar Aziatische spelers steeds meer concurrentie bieden. “Onzekerheid door Covid-19 leidt momenteel tot het doorschuiven van investeringen”, zegt Johannes Schleifenbaum van Aachen Center for Additive Manufacturing. “Dat is niet goed voor een jonge technologie.” Hij blijft wel optimistisch voor de toekomst, want hij ziet dat additive manufacturing de aandacht trekt van steeds meer sectoren. En het Akense instituut, gelieerd aan de RWTH Aachen en de Fraunhofer instituten, ziet een groeiende instroom van studenten die hun curriculum willen verrijken. Veel AM-technologie is echter nog onvoldoende uitgerijpt, vindt men bij de VDMA, de Duitse machine- en installatiebouwers. Weliswaar gaat het TRL-niveau van veel AMtechnologieën omhoog, maar het MRL-niveau (Manufacturing Readiness Level) is vaak nog laag, stelt Markus Heering, directeur VDMA. “Met sommige systemen is het een enorme uitdaging om betrouwbaar en herhaalbaar onderdelen uit de 3D printer te halen. Daarnaast hebben we de designs nodig om Additive Manufacturing succesvoller en economisch levensvatbaar te maken.”

Trumpf heeft de TruPrint 1000 voor het 3D printen van koper vrijgegeven voor de verkoop. De interesse is groot, aldus de machinebouwer. Onder andere vanuit de automotive industrie kijkt men naar deze 3D metaalprinter voor het printen van zuiver koper. Omdat ook metalen als goud geprint kunnen worden, is er eveneens interesse vanuit de sieradenindustrie.

Technologie eenvoudiger maken

Bovendien lijkt het met awareness nogal mee te vallen afgaande op de ervaringen van de VDMA. Markus Heering: “70 tot 80 procent van de machinebouwers weet amper iets van AM. De meeste ideeën tot nog toe komen van overheden en onderzoeksinstellingen.” Ook Douglas Wood, president van AMT, de Amerikaanse koepel voor de technologiebedrijven, vindt dat bedieningsgemak van de machines nu aandacht moet krijgen. Hij pleit ervoor om de technologie robuuster en gemakkelijker bedienbaar te maken, twee aspecten die van wezenlijke invloed zijn op het MRL-niveau. “Maak het simpel en betrouwbaar in gebruik. Bedrijven verwachten een ready to go technologie.” De enorm hoge waardering van bepaalde Amerikaanse spelers in de markt zijn de brandstof om deze ontwikkelingen mee te versnellen. “Desktop Metal bijvoorbeeld kan met de honderden miljoenen dollars die het heeft ontvangen een enorme stap vooruit gaan zetten en exponentieel versnellen, de technologie naar bredere toepassingen brengen.” Overigens gelooft Douglas Wood dat Additive Manufacturing het omslagpunt heeft bereikt. Wat nog steeds een knelpunt vormt, is het gebrek aan standaarden. “Standaarden worden het kritisch punt”, zei Carl Dekker, oprichter en CEO van het Amerikaanse Met-l-Flo, dat voor derden kleine series en bridge manufacturing doet. “Standaarden stellen ons in staat om te specificeren hoe je een product maakt en hoe je een goed product krijgt. Dan hoeven we niet meer alles te certificeren. Standaarden helpen deze industrie echt vooruit.”

Het Nederlandse atum3D heeft een van de grootste DLP-printers op de markt gebracht. Met een Z hoogte van 450 mm denkt men onder andere aan het 3D printen van medische steunzolen. Met BASF is hiervoor een speciaal hars ontwikkeld.

Cost per part

Daarnaast zijn de kosten nog altijd een drempel voor veel partijen. “We hebben veel bereikt qua robuustheid van het proces. Sommige sectoren zoals de dentale industrie beginnen met AM traditionele processen te vervangen”, zegt Klaus Parey, die bij machinebouwer Trumpf de AM-activiteiten leidt. De sleutel tot een bredere inzet, ligt bij de kosten per onderdeel, stelt Parey. Trumpf staat daarmee niet alleen. Lagere kosten per onderdeel zijn nodig om de groei van de AM-markt te versnellen, zegt Xu Xiaoshu, oprichter en CEO van Farsoon. De Chinese fabrikant van zowel AM-systemen voor zowel polymeer als metaal, gaat daarom de Flight technologie die nu alleen in de grootste SLS-

Farsoon ziet in China veel partijen meerdere 3D printers tegelijk kopen, zoals WeNext. Een teken aldus de fabrikant dat de Chinese industrie bezig is op te schalen naar serieproductie met Additive Manufacturing.

Bedrijven verwachten een ready to go technologie

Mimaki brengt de technologie om meer dan 10 miljoenen kleuren te 3D printen naar een kleiner formaat machine. De 3DUJ-2207 heeft een printvolume van 203 x 203 x 76 mm. Hiermee mikt de fabrikant op nieuwe doelgroepen, onder andere ontwerpbureaus en scholen.

machine beschikbaar is, integreren in de kleinere machines. Deze technologie maakt de SLS-printer geschikt voor high performance materialen en verhoogt de productiviteit. Hij ziet ook de noodzaak om bij de 3D metaalprinters de productiviteit te verhogen, zodat de kosten per onderdeel omlaag gaan. Want de machineuurprijs is de grootste kostenfactor. Farsoon gebruikt in de grootste 3D metaalprinter, het FS621M systeem, vier lasers van elk 500 W. Het wil deze multilaser technologie ook eventueel gaan toepassen in de polymeermachines. “Met de Flight technologie kunnen we de productiviteit al verdubbelen, met vier lasers zouden we de productiviteit met een factor 8 verhogen”, zegt Dirk Simon, directeur Farsoon Europe. De uitdaging zit in het stitchen: je hebt met meerdere lasers altijd overlap. Daar mag geen fout ontstaan. Is multilasertechnologie de oplossing? Multilasertechnologie was dit jaar wel een thema op de virtuele editie van Formnext. Het Amerikaanse Velo 3D had vooraf al de nieuwe Sapphire XC gepresenteerd, voorzien van een bouwkamer tot 1000 mm hoog en acht lasers. SLM Solutions haalde tijdens Formnext Connect het doek van de nieuwe NXG XII 600, de nieuwe generatie 3D metaalprinter met 12 lasers voor een 20 keer hogere productiviteit en dito kostprijsreducties per onderdeel. Ook Additive Industries gaat het aantal lasers uitbreiden, net als de bouwkamer, kondigde de Nederlandse fabrikant na afloop van de beurs aan. Eind 2021 moet de nieuwe MetalFab 600 klaar zijn. Maar zijn méér lasers echt de oplossing? Meer lasers zorgen zeker tot een lagere cost per part, zegt Klaus Parey van Trumpf. “Maar het moet zich uitwijzen hoeveel lasers zinvol zijn. Er zijn ook andere mogelijkheden.” Hij noemt een betere straalkwaliteit en variabele spotgrootte; ook daarmee kun je de productiviteit verhogen. “Er is een grens aan de hoeveelheid lasers die je kunt inzetten.” Daarnaast kun je met in-situ kwaliteitscontroles de productiviteit verhogen. Het monitoren van het smeltbad is een oplossing voor kwaliteitsborging in het proces. Klaus Parey wijst tot slot op de noodzaak om het feitelijke 3D printen te integreren in een geautomatiseerd proces. “Er zijn veel mogelijkheden om de productiviteit te verhogen.”

HP en Additive Manufacturing Technologies zetten een stap op het vlak van automatiseren van post processing. AMT en HP bundelen hun krachten om end-to-end Multi Jet Fusion print- en nabewerkingsoplossingen te leveren aan onderdelenfabrikanten en industriële partners. De PostPro-systemen zijn compatibel met HP’s volledige materiaalportfolio van Jet Fusion printers.

Digital twins

“Industrialisering werkt niet alleen met een 3D printer en ontwerp software”, zegt Karsten Heuser van Siemens. De digitale tweeling speelt een cruciale rol in het aan elkaar knopen van de processtappen. Met de digital twin van zowel de machine als het product, kan Siemens de layout van de AM fabriek zodanig optimaliseren dat de kosten per onderdeel bij het lasersinteren van polymeren met tientallen procenten dalen. De drie bedrijven realiseren hiermee vooral een end-toend systeem voor additieve productie van kunststof onderdelen op een industriële wijze. Voor kleinere AM-fabrieken zet EOS de Formiga P110 in. Door de integratie van EOSprint in Siemens NX kan ook deze compactere metaalprinter geïntegreerd worden in de software om het hele proces te sturen en controleren. Markus Heering van VDMA denkt echter dat de branche er nog niet is qua het koppelen van alle machines en software in het hele proces. “Volgend jaar zullen we een stap verder zijn.”

Scholing

De marktkansen zijn helder; de stappen om die te verzilveren ook. Toch ziet Markus Heering van de VDMA nog een andere uitdaging: opleiden. Aan de Europese universiteiten ontbreekt het aan een gemeenschappelijk niveau, zodat snel duidelijk is welke competenties iemand heeft. “De meeste universiteiten hebben werktuigbouwinstituten die Additive Manufacturing op een hoog niveau toepassen, maar ze hebben AM niet geïntegreerd in hun studies. Dat is een probleem. We hebben echt een gemeenschappelijk basisniveau nodig.” Carl Dekker van Met-lflo waarschuwt echter dat opleiden niet in de verkeerde richting mag doorslaan. Hij ziet jongeren op de arbeidsmarkt komen die veel van 3D printen weten, maar weinig of niks van de traditionele maaktechnieken. “Soms is het gewoon gemakkelijker om een onderdeel verspanend te produceren. Ik hoop niet dat we straks met een generatie technici opgescheept zitten die andere maaktechnieken niet omarmt.”

HP en AM Solutions (Rösler) hebben een geautomatiseerd uitpakstation voor de Jet Fusion 5200 3D printer: het HP 3D Automatic Unpacking Station. Met een tillift plaatst de operator de Cooling Unit in het uitpakstation. Het uitpakken van de onderdelen gebeurt eveneens geautomatiseerd. Afhankelijk van de geometrie van de onderdelen kan méér poeder worden teruggewonnen dan momenteel.

Het Fraunhofer Lighthouse project FutureAM legt de basis voor 3D metaalprinten in de toekomst. Een van de doelstellingen was om het 3D printen van grote componenten met een factor 10 te versnellen. Dat is gelukt, wat onder andere gedemonstreerd wordt met een onderdeel van Rolls-Royce engines. Hiervoor gebruikt men een nieuw concept voor laser poederbed metaalprinten met een bouwvolume van 1000 bij 800 bij 400 mm. Ook post processing is geïntegreerd.