Parametervalidatie voor elke machine blijft een obstakel

Grote ondernemingen zoals Siemens en GE Additive zetten momenteel sterk in op additive manufacturing. Het aantal concrete toepassingen blijft echter beperkt. En de koploperpositie van Europa op 3D metaalprintvlak staat onder druk, met name door de agressieve strategie van Amerikaanse en Aziatische bedrijven. Dat zijn drie conclusies die Tom Scharlaken, lector bij VIVES Hogeschool, trekt na zijn deelname aan de Metal Additive Manufacturing Conference 2019 in Zweden.

 

De Oostenrijkse Society for Metallurgy and Materials organiseerde onlangs haar 4e conferentie over 3D metaalprinten. Dit keer in Zweden, in Örebro. Tom Scharlaken was een van de sprekers. Hij presenteerde tijdens MAMC 2019 het onderzoek naar het 3D printen van extrusiematrijzen dat de West-Vlaamse hogeschool samen met de Belgische industrie heeft gedaan. Voor 3D Print magazine vat Tom Scharlaken in dit artikel zijn indrukken en de belangrijkste conclusies van de conferentie samen.

Tom Scharlaken (VIVES Hogeschool): KMO’s blijven worstelen met 3D printen

LPBF en DED leiden de AM-evolutie

Waar staan we met 3D metaalprinten? Na alle presentaties tijdens de conferentie heb ik de indruk dat de grote bedrijven, denk aan Siemens en GE Additive, heel hard op metaal additive manufacturing inzetten. Vooral dan Laser PowderBedFusion en Directed Energy Deposition. De MIM-poeder gebaseerde technieken, zoals HP en Markforged toepassen, zijn weliswaar bekend en vinden ze een interessant fenomeen, maar voor een ander marktsegment. Slechts in één keynotelezing werd hierover een opmerking gemaakt. Een spreker van EOS noemde deze technieken interessant, maar voor een ander marktsegment. En er zijn veel producenten van machines met deze techniek, maar nog weinig toepassingen, merkte hij op. Eerlijk gezegd, vind ik dat we ook voor de Laser Powderbed Fusion techniek nog altijd op zoek zijn naar de juiste cases, afgezien van spuitgietmatrijzen. De onderzoekswereld zet sterk in op topologie optimalisatie om lichter te construeren. Uiteindelijk zullen we echter een evolutie naar industriële cases in gang moeten zetten. Wat je verder tussen de presentaties door hoorde, is dat de leidende positie van Europa als het om 3D metaalprinten gaat, onder druk staat, vooral doordat hier partijen worden opgekocht. Dat betreuren velen. Dat onze koploperspositie onder druk staat, komt door de agressieve wijze waarop Amerikaanse spelers opereren. Daarnaast blijkt dat er ook in de Chinese markt heel wat 3D metaalprinters staan.

Nog stappen zetten naar industrialisatie

Kijk ik naar de Laser Powderbed Fusion technologie zelf, dan heeft de conferentie wel duidelijk gemaakt dat er nog stappen gezet moeten worden om de techniek naar een industrieel niveau te brengen. Een van de problemen waar onderzoekscentra en ook de poederfabrikanten mee zitten, is dat ze de materialen voor elke machine apart moeten valideren. Dat ziet iedereen als een obstakel, waar je bij andere technieken geen omkijken naar hebt. We zouden eigenlijk een lijst met parameters bij het materiaal moeten krijgen die goed werkt. Veel presentaties op de conferentie gingen over materialen en met name de poederkarakterisatie. Nieuw voor mij was de inzet van plasma-atomisatie voor de productie van de metaalpoeders. Er werden ook studies gepresenteerd waarin de poeders, gemaakt met verschillende technieken, werden vergeleken met elkaar. Daaruit blijkt dat poeders die iets minder mooi rond zijn niet altijd een probleem opleveren, wat lang gedacht is. Voor bepaalde toepassingen maakt dat helemaal niks uit. We moeten af van het idee dat poeders perfect rond moeten zijn. Ook met minder rode poeders kun je hoge densiteiten halen, zolang het vloeigedrag goed is. Door de mix aan korrelgrootte worden de holtes toch wel opgevuld. Dat is interessant vanuit het oogpunt van kostprijs van de poeders en de snelheid. In één van de presentaties benadrukten onderzoekers er wel op dat bij hergebruik van poeders er voldoende vers materiaal toegevoegd moet worden, omdat je anders na een aantal keren hergebruik alleen de grotere deeltjes overhoudt. Interessant vond ik ook de presentatie van het Duitse SMS, dat een installatie ontwikkelt om de poederproductie direct te koppelen aan de AM-machine. Ook de invloed van vocht en zuurstof dat het poeder opneemt kwam aan bod. Poederkarakterisatie is wel een thema. Het is goed dat deze informatie naar buiten komt.

Nog te weinig toepassingen

Zoals ik al zei, het aantal toepassingen blijft beperkt. Sandvik heeft de horde naar de productie genomen. Gereedschappen met interne boringen worden geprint. De dentale markt lijkt ook om te zijn. Siemens past AM toe in de productie van onder andere de branders voor gascentrales. Interessant is dat men deze 3D print op bestaande stukken. Wat me echter vooral opviel bij de toepassingen, is dat zolang er geen interne koelkanalen in een matrijs of gereedschap nodig zijn, er weinig voordelen van AM zijn. De kortere cyclus tijd van het 3D metaalprinten weegt dus blijkbaar niet op tegen de hogere kostprijs per onderdeel. Waarschijnlijk zien we daarom ook dat de KMO’s blijven worstelen met 3D metaalprinten. De bedrijven die voor anderen printen, blijven moeite houden voldoende werk binnen te halen.

Anderzijds: blijft de academische wereld hangen bij toepassingen voor de spuitgietindustrie. Als ik lokaal rondkijk dan durf ik stellen dat onze lokale Vlaams/Nederlandse industrie de markt toch al wat breder opengetrokken heeft qua voorbeelden en toepassingen. Kijk naar de voorbeelden die we samen met Flam3d op de welding Week presenteerden), Denk ook aan Mt3d, Raytech, Kaak, 3D systems Leuven, Materialise, Esma.

VIVES Hogeschool organiseert op woensdag 29 januari een opleiding rond 3D metaalprinten.

Het artikel over het onderzoek naar het printen van extrusiematrijzenkun je in de februari editie van 3D Print magazine lezen.