Additieve productie in de technologische verandering

De lucht- en ruimtevaart behoort tot de profiteurs van de huidige ontwikkelingen in metallisch 3D-printen. Kleine oplages en hoge complexiteit van lichte, krachtige componenten behoren vandaag al tot de sterke punten van de Additieve Fabricage. © Fraunhofer ILT, Aken / Dr. Tim Lantzsch en Dr. Stefan Leuders zijn het eens: De luchtvaartindustrie is een van de begunstigden van de huidige ontwikkelingen in metallisch 3D-printen. Kleine hoeveelheden en de hoge complexiteit van lichte, krachtige componenten behoren al tot de sterke punten van de Additieve Fabricage. © Fraunhofer ILT, Aken, Duitsland

Dr. Stefan Leuders benadrukt de duurzaamheidsmogelijkheden van AM, met name door de reparatie en hergebruik van gereedschappen en onderdelen, wat een essentieel aspect is voor een toekomstige circulaire economie. © voestalpine / Dr. Stefan Leuders benadrukt het potentieel van AM om de duurzaamheid te verbeteren, vooral door de reparatie en herconditionering van gereedschappen en componenten. Het vermogen om componenten en gereedschappen te repareren en te hergebruiken is een cruciaal aspect van een toekomstige circulaire economie. © voestalpine

Dr. Tim Lantzsch (links) van het Fraunhofer ILT en Dr. Stefan Leuders (rechts) van voestalpine bespreken de actuele trends in metallisch 3D-printen, die het potentieel hebben om de industriële productie op de lange termijn ingrijpend te veranderen. © Fraunhofer ILT, Aachen

Dr. Tim Lantzsch und Dr. Stefan Leuders erörtern die langfristigen Perspektiven der additiven Fertigung, einschließlich der Integration in bestehende Produktionsprozesse und der Rolle von AM in der Kreislaufwirtschaft. © Fraunhofer ILT, Aachen / Dr. Tim Lantzsch und Dr. Stefan Leuders diskutieren die langfristigen Aussichten der additiven Fertigung, einschließlich der Integration in bestehende Produktionsprozesse und der Rolle von AM in der Kreislaufwirtschaft. © Fraunhofer ILT, Aachen, Deutschland

Dr. Tim Lantzsch en Dr. Stefan Leuders bespreken de technologische obstakels van de Additieve Fabricage, in het bijzonder de uitdaging om nieuwe materialen te ontwikkelen en de proceszekerheid in massaproductie te waarborgen. © Fraunhofer ILT, Aken / Dr. Tim Lantzsch en Dr. Stefan Leuders leggen de technologische hindernissen van de Additieve Productie uit, met name de uitdaging om nieuwe materialen te ontwikkelen en de procesbetrouwbaarheid in massaproductie te garanderen. © Fraunhofer ILT, Aken, Duitsland

De additieve productie, met name de metalen 3D-printtechnologie, heeft zich de afgelopen jaren ontwikkeld van een veelbelovende technologie tot een serieuze component van de industriële productie. Sectoren zoals machinebouw, lucht- en ruimtevaart, automobielindustrie en metaalbewerking staan voor een technologische verandering die verstrekkende gevolgen kan hebben voor ontwerp, productie en duurzaamheid. Dr. Stefan Leuders, hoofd Technologie & Innovatie bij het voestalpine Additive Manufacturing Center GmbH, Düsseldorf, en Dr. Tim Lantzsch, afdelingshoofd Laser Powder Bed Fusion aan het Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen, bespreken de actuele trends in de Additieve Productie (AM), analyseren kansen en risico's en laten zien welke sectoren hier vooral van kunnen profiteren.

We kijken ernaar uit om met twee erkende experts te praten over de toekomst van 3D-printen. Wat zijn de actuele trends in de Additieve Productie? Welke ontwikkelingen ziet u als veelbelovend?

Dr. Tim Lantzsch: Een belangrijke trend die ik zie, is de toenemende aanpassing van materialen en toepassingen aan de specifieke eisen van de additieve productie. Veel van de huidige materialen waren oorspronkelijk niet voor additieve processen ontwikkeld. Daarnaast zien we dat de technologie weliswaar duur is, maar dat door gerichte kostenreducties en de focus op nichetoepassingen de meerwaarde duidelijker wordt.

Dr. Stefan Leuders: De huidige trends in de Additieve Productie richten zich sterk op het verder uitwerken en benutten van de specifieke voordelen van de technologie voor verschillende toepassingsgebieden. Vooral veelbelovend vind ik de toenemende bereidheid om bestaande ontwikkelingsbenaderingen te heroverwegen en deze niet één-op-één toe te passen op nieuwe producten die later mogelijk via een additief proces worden vervaardigd. Voor mij gaat het er vooral niet om bestaande processen te vervangen, maar om het verhogen van de productwaarde door AM.

»Te duur« horen we vaak in verband met AM. Met welke economische uitdagingen houdt u zich bezig?

Dr. Tim Lantzsch: De economische uitdagingen liggen vooral in de hoge kosten voor apparatuur en materialen. Deze kosten bepalen in belangrijke mate de prijs van onderdelen, en hier is nog veel ruimte voor optimalisatie. Vooral de procesveiligheid is kritisch, omdat die nog niet op brede schaal aanwezig is. We werken eraan om de Additieve Productie van een niche voor specialisten te ontwikkelen tot een robuuste, breed toepasbare technologie die ook in massaproductie concurrerend is.

Dr. Stefan Leuders: Een centrale economische factor blijft volgens mij de uurtarief van de apparatuur. Wat betreft de kosten van de installaties zien we echter steeds meer beweging, vooral gedreven door niet-Europese concurrentie, waardoor natuurlijk ook het aandeel van het gebruikte materiaal toeneemt en er dus ook meer druk op kostenreductie ontstaat. Toch blijft kostenreductie een belangrijke sleutel voor de industriële toepassing van AM, om in de toekomst meer toepassingsgebieden te kunnen ontsluiten.

Wat ziet u als de potenties en grenzen van de Additieve Productie? Wat kan AM vooral op het gebied van duurzaamheid bieden?

Dr. Stefan Leuders: Additieve productie biedt aanzienlijke duurzaamheidsvoordelen, vooral door de mogelijkheid om het materiaalgebruik drastisch te verminderen. In tegenstelling tot subtractieve processen wordt slechts het materiaal gesmolten dat daadwerkelijk nodig is voor het onderdeel. Ook in de latere gebruiksfase blijken vaak voordelen, bijvoorbeeld door verminderde afvalpercentages of kortere cyclustijden bij aluminiumgietwerk of kunststof spuitgieten, mogelijk gemaakt door additief vervaardigde gereedschappen met nabije koeling. Een ander belangrijk aspect is reparatie en hergebruik van gereedschappen en onderdelen, wat door AM aanzienlijk wordt vereenvoudigd. Dit kan de levensduur van producten aanzienlijk verlengen en daarmee ook het hulpbronnenverbruik verminderen. Er zijn echter ook uitdagingen: de technologie wordt nog als relatief jong beschouwd voor industriële toepassing, waardoor er onder andere op het gebied van automatisering en procesveiligheid nog optimalisatie nodig is.

Dr. Tim Lantzsch: De potenties van de Additieve Productie liggen vooral in haar vermogen om complexe geometrieën en maatwerkoplossingen te realiseren, die met traditionele methoden nauwelijks of niet mogelijk zouden zijn. En duidelijk: door gericht materiaalgebruik, waarbij alleen het daadwerkelijk benodigde materiaal wordt verwerkt, kan het hulpbronnenverbruik aanzienlijk worden verminderd. Dit is vooral relevant wanneer men de gehele levenscyclus van een product bekijkt. We moeten echter ook beseffen dat de productie en verwerking van het materiaal energie-intensief is. Bovendien is de integratie in bestaande productieprocessen vaak lastig, omdat AM nog vaak als een eilandtechnologie wordt beschouwd.

Welke technologische obstakels staan de Additieve Productie momenteel voor, en waar doet u onderzoek naar?

Dr. Stefan Leuders: Een belangrijk punt voor ons is de ontwikkeling van nieuwe procesroutes om te voldoen aan de technische en economische eisen van onze klanten. Ook de ontwerp en vormgeving van de zo vervaardigde onderdelen en gereedschappen speelt daarbij een grote rol. Daarnaast is AM binnen voestalpine natuurlijk nauw verbonden met het thema 'Materialen'. Zo werken we binnen de groep intensief aan de ontwikkeling van nieuwe materialen en hun nabewerking om de technologische potenties van AM volledig te kunnen benutten.

Dr. Tim Lantzsch: Inderdaad, een van de grootste technologische obstakels voor de Additieve Productie is de diversiteit aan materialen. Veel van de momenteel gebruikte materialen zijn oorspronkelijk niet voor additieve productie ontwikkeld, wat vaak leidt tot compromissen in kwaliteit en prestaties. Daarom werken we samen met materiaalproducenten om de kwalificatie van nieuwe materialen voor AM te versnellen.

Bovendien werken we bij het Fraunhofer ILT intensief aan het verbeteren van de procesveiligheid en het verder ontwikkelen van bestaande systemen, zodat additieve processen stabieler en efficiënter kunnen worden ingezet. Een ander belangrijk thema is de standaardisering van processen om een consistente kwaliteit in massaproductie te garanderen.

De sector verandert dus langzaam maar zeker. Wie zijn volgens u de winnaars van deze ontwikkeling in de Additieve Productie?

Dr. Stefan Leuders: De langetermijnwinnaars zijn de bedrijven die bereid zijn strategisch te investeren in nieuwe technologieën en tegelijkertijd met de bijbehorende onzekerheden om kunnen gaan. Prominente voorbeelden uit het recente verleden zijn te vinden in de lucht- en ruimtevaart en de medische techniek. Voor mij is het daarbij niet alleen een kwestie van economische middelen, maar soms ook van bedrijfscultuur.

Daarentegen zullen sectoren en bedrijven die sterk afhankelijk zijn van kosten gedreven massaproductie, het moeilijker krijgen. Ook hier zijn er voldoende toepassingsgebieden, vooral in gereedschapsbouw en minder in eindproducten.

Dr. Tim Lantzsch: Ik ben het daar helemaal mee eens. De duidelijke winnaars van de ontwikkeling zijn sectoren die afhankelijk zijn van maatwerk en complexe onderdelen en die de voordelen van flexibiliteit en ontwerpvrijheid van AM volledig kunnen benutten. In de lucht- en ruimtevaart en de medische technologie biedt AM enorme mogelijkheden om onderdelen te optimaliseren en tegelijkertijd gewicht en materiaalgebruik te verminderen. Ook de high-end automobielindustrie en de motorsport zullen profiteren van de mogelijkheden van de Additieve Productie, vooral door de productie van lichtere en krachtigere componenten.

Hartelijk dank voor het boeiende gesprek.

Bezoek ons van 19 tot 22 november in Frankfurt am Main op de Formnext bij de gezamenlijke stand van de Fraunhofer-Gemeinschaft in hal 11, stand D31, om meer te leren over de mogelijkheden van AM.