Rapid.Tech – gebundene Kompetenz für Additive Fertigung

Bij de 11e editie op 14 en 15 mei 2014 versterkte de Erfurter Rapid.Tech haar positie als een van de toonaangevende internationale ontmoetingsplaatsen voor generatieve productie. Ongeveer 3.500 bezoekers uit 20 landen informeerden zich gedurende de twee dagen over de nieuwste ontwikkelingen, trends en toepassingen. Niet alleen meer dan 78 exposanten boden hiervoor gelegenheid, maar ook 60 lezingen van gerenommeerde sprekers uit wetenschap, onderzoek en industrie. Zij maakten duidelijk: Additieve fabricage is een sleuteltechnologie van de volgende industriële revolutie – en in sommige sectoren is deze al begonnen. Vrijwel gelijktijdig vond van 15 tot 17 mei de tweede Fab.Con 3D plaats, Duitsland’s enige professionele publieksbeurs voor 3D-printen.

Sinds 2004 biedt de Rapid.Tech in Erfurt insiders en nieuwkomers, onderzoekers en gebruikers, evenals aanbieders van machines en materialen voor Additive Manufacturing een intensieve, praktijkgerichte en sectoroverschrijdende kennisuitwisseling. Met de gebruikersconferentie, de ontwerpersdag, de vakfora Luchtvaart, Medische Technologie, CAD/CAM en Rapid Prototyping in de tandtechniek bood de dit jaar georganiseerde bijeenkomst een programma over AM dat in deze vorm uniek is.

AM beïnvloedt toekomstige productie op duurzame wijze

De stap van de Rapid Prototyping-technologie naar seriematige productie zetten generatieve fabricagemethoden inmiddels in steeds meer sectoren. Dr. Olaf Rehme, Engineering, Siemens AG, presenteerde in zijn keynote-lezing voorbeelden van de al gerealiseerde industriële toepassing en stelde vast dat de procesketen van Additive Manufacturing kennisintensief is. Verder besprak hij de kansen en uitdagingen. Als noodzakelijke verdere ontwikkelingen noemde Rehme onder andere materialen, ontwerprichtlijnen voor de onderdelen, de verhouding tussen productiviteit en kosten, procesmonitoring en kwaliteitscontrole. Tot slot gaf hij aan dat producten in de toekomst eerder in databases dan in magazijnen zouden kunnen liggen, een van de perspectieven. ‘Additive Manufacturing – A Game Changer for the Manufacturing Industry?’ – deze vraag beantwoordde de tweede keynote-spreker, Dr.-Ing. Bernhard Langefeld, Roland Berger Strategy Consultants. Gebaseerd op de resultaten van een actuele studie liet hij zien dat door de voortschrijdende ontwikkeling van AM als proces voor seriematige productie een nieuwe waardeketen voor materialen, ontwikkeling en uitbesteding is ontstaan. Voor de totale marktgrootte, die in 2012 ongeveer 1,7 miljard euro bedroeg, wordt in de komende tien jaar een verviervoudiging verwacht. Deze prognose omvat ook het toenemende gebruik van additief vervaardigde hightech-componenten van metaal. Als redenen noemde Langefeld onder andere de verwachte hogere bouwsnelheden, bijvoorbeeld door het gebruik van meerdere en krachtigere lasers, en geoptimaliseerde stralingsgeleiding en kostenreducties bij metalen poeders. Deze combinatie van flexibiliteit en de verdere voordelen van generatieve fabricagemethoden maakt AM tot een sleuteltechnologie voor het produceren van krachtigere onderdelen, het verkorten van ontwikkelingsprocessen, het flexibiliseren van de productie en het realiseren van Industrie 4.0. De volgende twee keynote-lezingen behandelden innovatieve oplossingen voor AM. Zo stelde Dr.-Ing. Oliver Kessling een nieuw industrieel proces voor, de ARBURG Kunststof-Freeformer (AKF). Hiermee kunnen complexe onderdelen uit seriekunststoffen worden vervaardigd. Over de Lasertec 65 AM, een innovatieve mogelijkheid voor additieve productie in eindproductkwaliteit, informeerde Friedemann Lell, Sauer GmbH/DMG Mori Seiki. In deze ’s werelds eerste hybrideoplossing werden een volwaardige 5-assige freesmachine en het generatieve laseropbouwproces geïntegreerd.

Gebruikersconferentie – nieuwe technologieën

Door de toenemende toepassing van AM in de seriematige productie groeit ook het aanbod aan procedures, processen en machines. De bijeenkomst bood in 13 lezingen een gedetailleerd overzicht. Zo presenteerde Vasyl Kashevko, Instituut voor Gereedschapsmachines en Fabrieksbeheer IWF, Technische Universiteit Berlijn, een nieuw ontwikkelde test voor het onderzoeken van ontwerpgrenzen van generatieve fabricagemethoden. Hiermee kunnen bij het gebruik van nieuwe materialen de schaalmogelijkheden en fabricagegrenzen van verschillende constructiekenmerken worden ingeschat. Christian Polzin, Universiteit Rostock, presenteerde een nieuwe 3D-druktechniek voor het vervaardigen van keramische vormlichamen uit aluminiumoxide en siliciumcarbide. Beide grondstoffen worden veel toegepast in technische keramieken. Zo worden van aluminiumoxide bijvoorbeeld snijplaten of sinterhulpmiddelen gemaakt, terwijl van siliciumcarbide onder andere branderelementen of glijlagers worden vervaardigd. Andere lezingen behandelden onder andere 3D-silkscreenprinten, waarbij miniatuuronderdelen in grote series kunnen worden geproduceerd, de innovatieve en milieuvriendelijke technologie van eColouring, open source hardware, nieuwe druktechnologieën en softwareontwikkelingen. Op de agenda stonden ook gebruikersverslagen, bijvoorbeeld van Theresa Swetly, BMW München, over de inzetmogelijkheden van generatief vervaardigde componenten ter beveiliging van onderdelen in het voertuigcockpit bij de Beierse autofabrikant.

Constructeursdag – mogelijkheden en grenzen van additieve processen

De vrijwel onbeperkte ontwerpfreedom en constructieve vrijheid behoren tot de grootste voordelen van Additive Manufacturing. Tegelijkertijd vormt deze vrijheid een van de grootste uitdagingen voor ontwerpers. De ontwerpregels voor generatief vervaardigde onderdelen hebben hun eigen regels, die in acht lezingen op 15 mei 2014 aan bod kwamen. De lezingen behandelden onder andere de uitbreiding van het toepassingsgebied van eerder ontwikkelde ontwerprichtlijnen voor verschillende randvoorwaarden bij lasersinternen, en de ontwikkeling en het ontwerp van een metalen raceauto-structuurelement met FE-gestuurde topologieoptimalisatie voor Additive Manufacturing. Alexander N. Steiner, netfabb GmbH, presenteerde een innovatieve softwareoplossing waarmee complexe, natuurpatroon-achtige structuren computergestuurd kunnen worden ontwikkeld. Bij de daaropvolgende additieve productie ontstaan alleen door de verandering van de structuur uit bekende materialen onderdelen met nieuwe eigenschappen. Een nieuwe ontwerpmethode voor de belastingsgerechte uitlijning van sandwichonderdelen werd gepresenteerd door Fabian Riß, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. De methode maakt het mogelijk om honingraatstructuren belastingsgerecht aan te passen en geometrisch te optimaliseren aan een vrije vorm. In combinatie met additieve fabricage kan het lichtgewichtpotentieel beter worden benut dan bij conventionele productie. Tegelijkertijd kunnen extra functies worden geïntegreerd, zoals een geoptimaliseerde afdeklaagverbinding en vermindering van het telegraphing-effect.

AM – groot potentieel in de luchtvaart

In de luchtvaart is AM een technologie die in sommige gebieden al productief wordt ingezet. Dit maakte Stephan Eelman, The Boeing Company, duidelijk in zijn lezing. Hij gaf een overzicht van de belangrijkste toepassingsgebieden van generatieve fabricage bij ’s werelds grootste vliegtuigfabrikant en presenteerde geselecteerde voorbeelden. Aan de hand hiervan besprak Eelman vervolgens de eisen en uitdagingen bij de overgang van verschillende fabricageprocessen en materialen van Rapid Prototyping naar de seriematige productie van vliegtuigonderdelen. Een nieuwe aanpak voor het vervaardigen van hydraulische ventielblokken voor gebruik in de luchtvaart met behulp van het selectieve laser smelten (SLM) werd gepresenteerd door Alexander Altmann, Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH. Hij liet resultaten zien van een studie waarin, vergeleken met traditioneel vervaardigde componenten, bij vergelijkbare prestaties en kosten tot 55 procent gewichtsbesparing mogelijk was. Daarnaast behandelde de tweedaagse bijeenkomst met in totaal 13 lezingen onder andere het Europese samenwerkingsproject RepAIR: twaalf instellingen onderzoeken onder leiding van de Universiteit Paderborn gezamenlijk het potentieel van Additive Manufacturing in het onderhoud van vliegtuigen. Partners zoals Boeing en Lufthansa Technik testen scenario’s voor de holistische toepassing in onderhouds- en reparatieprocessen, rekening houdend met onderwerpen zoals certificeringsvereisten in de luchtvaartsector, economische aspecten en invloeden van additieve fabricage. Verder werden ook de mogelijkheden besproken die ontstaan door nieuwe softwarefuncties voor het ontwerpen van rasterstructuren en daarmee het benutten van de bijzondere voordelen van AM.

Nieuwe mogelijkheden voor maatwerk in de medische technologie

Generatieve processen winnen ook in de medische technologie aan belang. Dit werd ook bevestigd door de twaalf lezingen van het tweedaagse vakforum Medische Technologie. De trends voor weefselbewerking presenteerde Paulo Bártolo, University of Manchester, onder de term Biomanufacturing. Over de productie en medicijnmodificatie van complex gevormde keramische implantaten en scaffolds via 3D-pulverdruk informeerde professor Dr. Uwe Gbureck, Universiteit Würzburg. Hij liet zien dat biokeramieken op basis van calcium- of magnesiumfosfaten, vanwege hun gelijkenis met de minerale fase van bot, geschikt zijn als botvervanging. Daarnaast behandelde de lezing de modificatie van deze structuren met werkzame stoffen zoals antibiotica of de integratie van bevorderende additieven. Ook de 3D-druk van calciumfosfaat-gebaseerde botvervanging en het postprocessing van 3D-geprinte keramische botvervangingsstructuren werden besproken. Ronny Hagemann, Laserzentrum Hannover, stelde een proces voor voor het selectief laser-microsmelten van platina-iridiumlegeringen. Het materiaal wordt vanwege zijn unieke biologische en elektrische eigenschappen vooral gebruikt voor biomedische implantaten zoals pacemakers. In de experimenten konden met deze methode reproduceerbaar homogene, volledig stoffelijke lagen worden gemaakt die stevig verbonden zijn met het substraat. Een reeks lezingen behandelde ook praktische toepassingen van Additive Manufacturing in klinieken. Daarbij benadrukte Dr. Philipp Fürnstahl, Universitair Ziekenhuis Balgrist, dat Additive Manufacturing in de operatiekamer is aangekomen. In het ziekenhuis werden al de operaties van 100 patiënten gepland en met patiëntspecifieke sjablonen succesvol uitgevoerd.

3D-voortgang in de tandtechniek

Zowel in de tandartspraktijk als in het tandtechnisch laboratorium wint digitale techniek snel terrein. Het vakforum ‘CAD/CAM en Rapid Prototyping in de tandtechniek’ informeerde gedurende twee dagen in twaalf lezingen over de huidige stand van zaken en nieuwste ontwikkelingen. Zo vertelde Emidio Marco Cennerilli, EGS S.r.l., over de nieuwste trends in de digitale tandheelkunde en de momenteel beschikbare technologieën. Hij benadrukte ook hoe digitale technologieën de communicatie tussen tandarts, patiënt en laboratorium kunnen optimaliseren. Een vergelijking van de optische en mechanische eigenschappen van volkeramische systemen (Leuzit-glaskeramik, lithiumdisilicaat-glaskeramik en translucent zirconiumdioxide), die zich gunstig lenen voor de digitale productie van monolithische restauraties, werd gepresenteerd door Dr. Sascha Cramer van Clausbruch, Wieland Dental + Technik GmbH. Eerste klinische ervaringen met het Replicate-systeem werden gedeeld door Dr. Anna Jacobi, tandartsen Jacobi, Fendt & collega’s. In de lezing werd het proces toegelicht. Een bijzonderheid is dat het patiëntspecifieke implantaat wordt gepland en ontworpen op basis van een DVT-opname en de gedigitaliseerde klinische uitgangssituatie vóór de extractie. De plaatsing van het wortelgelijke implantaat, uitgerust met een op maat gemaakte zirconium-abutment, gebeurt direct na de extractie in het bestaande tandkroonvak.

Nieuwe ontwikkelingen om aan te raken

Veel nieuws bood de editie van dit jaar van Rapid.Tech niet alleen in de vakforen, de gebruikersconferentie en de constructeursdag, maar ook in de beursvloer. Zo koos bijvoorbeeld EOS GmbH de Rapid.Tech als podium voor de wereldwijde première van het nieuwe metalen systeem EOSINT M 290. “Onze deelname aan de beurs was in het verleden al zeer succesvol. Daarom hebben we besloten om de nieuwe machine hier live te presenteren en de belangstelling was duidelijk groter dan onze verwachtingen,” aldus Stephan Wein, regio-verkoopmanager bij EOS. De exposanten van Rapid.Tech constateerden ook een toegenomen vraag naar metalen machines. Daar profiteerde ook Frank Borkenhagen, Sales Manager Germany bij Praxair Surface Technology GmbH: “Onze metalen poeders voor thermisch spuiten kunnen grotendeels ook worden gebruikt voor laser-sintern. Daarom hebben wij besloten om voor het eerst op Rapid.Tech te exposeren. We werden zeer geïnteresseerd ontvangen en zijn zeer tevreden over onze deelname. Ik ben ervan overtuigd dat we hier in 2015 ook weer zullen presenteren.”