Waarom zijn vier lasers in metaalprinter niet altijd de beste oplossing?

Voor Trumpf draait Formnext dit jaar rond de TruPrint 5000, de multilaser 3D metaalprinter. Samen met een aantal andere innovaties, moet dit voor een hogere output zorgen. Maar betekenen méér lasers in een laser poederbedmachine altijd wel een hogere productiviteit? Wat is het ideale aantal lasers in een middenformaat 3D metaalprinter?

 

Trumpf brengt zin en onzin van multilaser 3D metaalprinter in beeld

Damien Buchbinder, hoofd Product Management Additive Manufacturing bij Trumpf, pakte tijdens 3D Valley Conference deze vraag op. Hij heeft op basis van de TruPrint 5000 productiviteitsanalyses en kostprijsberekeningen gemaakt om het ideale aantal lasers voor dit formaat 3D metaalprinter te achterhalen. Hierbij is het belangrijk om voor ogen te houden dat de productieomgeving andere eisen aan een machine stelt dan een prototyping afdeling. “In prototyping is snelheid belangrijk. Kosten doen er eigenlijk niet toe. In de productie gaat het om doorlooptijd en kosten”, aldus de productmanager bij Trumpf. Een moeilijk onderwerp, geeft hij toe. Dat wordt dan ook vaak naar de achtergrond verdrongen.

 

Damien Buchbinder (Trumpf) presenteerde in Aken een interessante vergelijking van doorlooptijd en kosten tussen een enkele en multilaser 3D metaalprinter.

 

Tweede laser heeft grootste effect

De eerste berekening die Damien Buchbinder toonde, betreft een vliegtuigonderdeel, een turbineblad. Een tweede laser in de machine verkort de doorlooptijd met 46% vergeleken met dezelfde machine maar met slechts één laser in werking. Voeg je er nog een derde laser aan toe, daalt de doorlooptijd nog eens met 29% en bij een vierde laser zakt deze met 20%. “Door meer lasers krijg je een snellere doorlooptijd”, zegt Buchbinder. Maar je vullingsgraad van de machine is eigenlijk belangrijker.

 

100k extra investeren voor 3% lagere kosten?

Want als je bij het vliegtuigonderdeel in plaats van 10% vulling nog maar 3% haalt, dan verbeteren meer lasers de productietijd nog slechts met amper 14%. En de kosten kunnen bij vier lasers wel eens hoger uitvallen als je de machine-uren, het energieverbruik én de materiaalkosten meerekent. Damnien Buchbinder: “Een tweede laser werkt vaak wel als hefboom wat betreft de kosten. Maar dat wordt bij een vierde laser al minder zodra je niet steeds een hogere vullingsgraad hebt.” Bij de stap van drie naar vier lasers, dalen in het rekenvoorbeeld de kosten met 3%. “Dat kost wel 100.000 euro voor een extra laser.”

 

Invloed materiaalkosten onderschat

Dat laatste is een aspect dat waarschijnlijk velen over het hoofd zien. Afhankelijk van de toepassing en het gebruikte materiaal, kan het wel eens betekenen dat een machine met één laser de beste keuze is als je de materiaalkosten meerekent. Damien Buchbinder gaf in zijn presentatie als voorbeeld goud, dat al gauw 10 tot 15% van de totale kostprijs van het product uitmaakt. In dat geval levert de stap naar multi laser machines amper iets op. In het geval van het turbineblad zijn de kosten per onderdeel op de TruPrint 5000 met drie lasers slechts het laagst als je vele duizenden productieuren per jaar kunt maken.

 

Nut van vier of meer lasers twijfelachtig

In zijn businesscases komt de Trumpf productmanager dan ook tot een vuistregel dat je bij 1000 producten per jaar het goedkoopste uit bent met een machine met één laser; bij 3500 producten waarschijnlijk met een multi laser machine. “Je moet dit zelf uitzoeken, maar wij denken dat drie lasers het beste compromis is. Afgezien van de technische uitdagingen hebben méér lasers in een middenformaat machine geen zin. Als je met vier, vijf of zes lasers nog een voordeel wilt halen, wordt dat heel lastig. Als je onvoldoende vullingsgraad hebt, zijn de kosten bij méér lasers zelfs hoger.”

 

De vullingsgraad is eigenlijk een veel belangrijkere factor wat de kostprijs per onderdeel betreft.

 

Kosten en doorlooptijd pre- en postprocessing

De vullingsgraad van de machine en hoe je het proces voor en na het 3D printen georganiseerd hebt, zijn namelijk factoren die een veel zwaarder stempel op de kosten per onderdeel drukken. “Het totale machineconcept is minstens zo belangrijk. Het feit dat je een machine niet kunt gebruiken doordat je moet omstellen op een ander product is een veel grotere hefboom voor de productiviteit dan méér lasers”, aldus Damien Buchbinder. Een zeefstation voor meerdere machines kan eveneens een positief effect hebben op de productiviteit. Je design en positionering op de bouwplaat aanpassen zodat je zonder support kunt printen levert ook een groter effect op doorlooptijd en kostprijs op dan een extra laser.

De berekening van Damien Buchbinder zijn gebaseerd op 5000 productieuren per jaar met de TruPrint 5000 met 85% efficiency. Trumpf presenteert dit jaar de TruPrint 5000 op Formnext. Vorig jaar werd deze machine als prototype getoond, nu staat het productiemodel er, inclusief de automatisering voor de voor- en nakomende processtappen. Formnext vindt van 13 tot en met 16 november plaats in Frankfurt.

 

Verleden jaar stond het prototype van de TruPrint 5000 multilaser 3D metaalprinter op Formnext, dit jaar de definitieve productieversie.