VIRO richt zich op re-design

Om aan te geven hoe hard het gaat met 3D printing: het eerste 3D geprinte gebouw is al hoog en breed een feit. Fred van Manen van ingenieursbureau VIRO over 3D printing voor industriële markten: ‘Het biedt veel mogelijkheden. De techniek is er klaar voor. Maar het vraagt wel om een andere manier van ontwerpen en construeren.’

Met 3D printing zijn vrije vormen te maken die nog niet zo lang geleden ondenkbaar waren. ‘We kunnen complete modellen in één keer printen, inclusief de bewegende delen in hun omhulsel. Zoals kogellagers in een onderdeel. Of een scheidsrechtersfluitje. Dat printen we met het balletje erin. Maar denk ook aan het verwarmen of koelen van een matrijs. Vroeger boorde je in één bepaalde richting door het blok metaal. Daar werd de tempereer olie doorheen gevoerd om het product op te warmen of koelvloeistof om het product af te koelen. Met 3D printing leg je dat kanaal precies om het te verwarmen of af te koelen deel. Daarmee verbeter je de functionaliteit van het product.’ Het is één van de vele kansen die Fred van Manen ziet voor 3D printing in de industrie.

Learning by doing

De Arnhemse vestiging van VIRO heeft een speciale ruimte ingericht voor 3D printing. ‘We printen alleen in kunststof. Daarmee maken we ook prototypes van producten of onderdelen die later in metaal geproduceerd of geprint moeten worden. Of we printen binnen een ontwikkelproces een ‘proof of concept’ voor de klant. Op grond van het tastbare concept kan de klant beoordelen of dit, al dan niet met wijzigingen, succesvol kan worden. Het gaat snel met 3D printing en voor ons en onze klanten is het belangrijk dat we hier de ins en outs van kennen. We leren vooral door zelf te doen, door beurzen en andere evenementen te bezoeken en door ons actief te richten op fora en andere kennisbronnen op internet. Boeken of cursussen over 3D printen zijn zo weer achterhaald. Tegen de tijd dat een cursus is geüpdate, zijn er alweer nieuwe printers, technieken en materialen. Wij volgen de actualiteiten en passen ze toe in onze eigen 3D printing praktijk. Veel learning by doing dus.’

Design rules

Afgaande op de verhalen die je overal hoort zou je bijna denken dat 3D printing een vorm van magisch realisme is. De werkelijkheid is anders: ‘Je kunt niet zomaar vanuit een idee in het luchtledige gaan printen. Het idee moet zodanig zijn geconstrueerd dat je het ook kúnt printen. Zonder dat het in elkaar valt. Daarvoor heb je praktische kennis nodig van de design rules, de materiaaleigenschappen, de printtechnieken.‘ Alles wijst erop dat VIRO’s investeringen in deze kennis zich snel gaan terugbetalen. Niet in de laatste plaats voor de klanten van VIRO, verwacht Fred van Manen: ‘De mogelijkheden en voordelen van 3D printing zijn enorm. Denk aan verbetering van de functionaliteit, gewichtsbesparing, verkorting van de ontwikkelingscyclus, maar ook aan bijvoorbeeld een efficiënter voorraadbeheer doordat je onderdelen of producten just-in-time produceert. Sommige grote Amerikaanse marineschepen die voor langere tijd de zee op gaan hebben een 3D metaalprinter aan boord. Een magazijn vol reserveonderdelen op het schip is verleden tijd. Dat scheelt ruimte, gewicht en daarmee ook motorische energie. Ook dat is trouwens een eigenschap van 3D printing: minder impact op het milieu door de besparing op materialen en energie.’

Korte leadtime

3D printing, ook bekend als additive manufacturing, zorgt onder meer voor een drastisch kortere leadtime. Om een onderdeel te produceren hoeft geen uitgebreid productieproces te worden opgezet. Het onderdeel kan ‘simpelweg’ worden geprint. Voor één enkel product is dat in absolute cijfers weliswaar een prijzige operatie, maar: ‘3D printen is relatief goedkoop. Je hebt geen draaibank nodig, geen zetbank, bent geen manuren kwijt aan bewerkingen. Het product wordt compleet geprint. Overigens is het een utopie om te denken dat er één keer een compleet afgewerkt product van de printer rolt. Zeker met metaal zijn er vaak nabewerkingen nodig als vlakken en polijsten.’ Dit neemt niet weg dat de tijdinvestering geen naam mag hebben in vergelijking met de conventionele productie. ‘Dat brengt enorm veel voordelen met zich mee. Kijk bijvoorbeeld ook naar matrijzen voor spuitgietproducten. Je hoeft geen groot en kostbaar blok te frezen, maar kunt de matrijs in een korte tijd printen. Dat kost je uitsluitend het materiaal dat je ook daadwerkelijk gebruikt. Zo is het al rendabel om matrijzen te maken voor kleine series van 50 of 100 spuitgietproducten. Normaal wordt dat pas interessant bij duizenden stuks. De matrijs slijt weliswaar wat sneller, maar je hebt ook zo weer een nieuwe.’

Gewichts- en materiaalbesparing

Met het extreem doelmatige materiaalgebruik stipt Fred van Manen een wezenlijk kenmerk aan van 3D printing. Bij het conventionele verspanen van metaal zijn manuren de grootste kostenpost. Materiaal dat overbodig is, wordt niet altijd weggehaald. Verwijderen kost immers tijd, dus geld. ‘Bij 3D printing is juist het materiaal kostentechnisch de zwaarste component. Hoe minder materiaal in het product, des te gunstiger de kostprijs. Het mooie is, dat dit ook kán. Met behoud of zelfs verbetering van de functionaliteit. Wij bekijken onderdelen en producten van onze klanten door de bril van het re-design. Moet dat onderdeel wel massief zijn? Door analyse en berekening – in vaktermen topologie-optimalisatie genoemd - weten we waar de krachten lopen. De rest van het materiaal laten we bij het engineeren voor 3D printing achterwege. Op die manier kan een onderdeel wel zo’n 30 tot 60 procent minder wegen. Daarnaast besparen we voor onze klanten op het materiaalgebruik.’

Winst door re-design

Met klanten in onder meer de machinebouw, auto-industrie, aerospace, scheepsbouw en offshore ligt het voor de hand dat VIRO serieus inzet op engineering voor 3D printing. Fred van Manen: ‘We kunnen dit toepassen in alle markten waarin we actief zijn. Onze grote toegevoegde waarde is dat we binnen VIRO mensen op alle vlakken hebben die waarde aan de techniek van het product kunnen toevoegen. Het gaat niet om het 3D printen alleen. Ook door het re-design dat eraan vooraf gaat is voor bedrijven veel winst te boeken.’