Het complete chassis van de auto van Divergent3D is 3D-geprint. De auto werd voor het eerst aan het publiek getoond op de stand van SLM Solutions tijdens Formnext 2018 in Frankfurt, Duitsland, van 13 tot en met 16 november.
Als je enige kennis hebt van additive manufacturing (AM), ben je waarschijnlijk bekend met het 3D-printen van nozzles voor GE's Leap-straalmotorplatform. De zakenpers bericht al sinds 2012 over dit onderwerp, omdat het de eerste veelbesproken toepassing van AM in een echte productieomgeving was.
De brandstofinjectoren uit één stuk vervangen de 20 onderdelen die er voorheen in zaten. Het ontwerp moest robuust zijn, omdat het onderdeel in de straalmotor aan temperaturen tot wel 2400 graden Fahrenheit (ongeveer 1360 graden Celsius) werd blootgesteld. Het onderdeel ontving in 2016 een vliegcertificaat.
GE Aviation heeft naar verluidt meer dan 16.000 bestellingen voor zijn Leap-motoren. Vanwege de grote vraag printte het bedrijf in het najaar van 2018 zijn 30.000e 3D-geprinte brandstofinjector. GE Aviation produceert deze onderdelen in Auburn, Alabama, waar het meer dan 40 metalen 3D-printers gebruikt voor de productie. GE Aviation meldt dat elke Leap-motor 19 3D-geprinte brandstofinjectoren heeft.
GE-functionarissen zijn misschien wel klaar met praten over brandstofinjectoren, maar het heeft wel de weg geplaveid voor het succes van additive manufacturing (AM) binnen het bedrijf. Sterker nog, alle nieuwe motorontwerpvergaderingen beginnen met een discussie over hoe additive manufacturing in productontwikkeling kan worden geïntegreerd. Zo heeft de nieuwe GE 9X-motor, die momenteel wordt gecertificeerd, 28 brandstofinjectoren en een 3D-geprinte verbrandingsmixer. Een ander voorbeeld is GE Aviation, dat een turbopropmotor herontwerpt die al zo'n 50 jaar vrijwel hetzelfde ontwerp heeft. Deze motor zal 12 3D-geprinte onderdelen bevatten die het motorgewicht met 5 procent helpen verminderen.
"Wat we de afgelopen jaren hebben gedaan, is leren hoe we echt grote onderdelen met behulp van 3D-printing kunnen maken", aldus Eric Gatlin, hoofd van het team voor 3D-printing bij GE Aviation, tegen het verzamelde publiek op de stand van het bedrijf tijdens Formnext 2018 in Frankfurt, Duitsland, begin november.
Gatlin noemde de omarming van AM een "paradigmaverschuiving" voor GE Aviation. Zijn bedrijf is echter niet de enige. Exposanten op Formnext merkten op dat er dit jaar meer fabrikanten (OEM's en Tier 1-leveranciers) aanwezig waren dan ooit tevoren. (Volgens de beursorganisatoren bezochten 26.919 mensen het evenement, een stijging van 25 procent ten opzichte van Formnext 2017.) Terwijl fabrikanten in de luchtvaartindustrie het voortouw hebben genomen om additive manufacturing in de fabriek te implementeren, bekijken auto- en transportbedrijven de technologie nu op een nieuwe, veel serieuzere manier.
Tijdens een persconferentie op Formnext deelde Paul Heiden, Senior Vice President van Ultimaker, details over hoe Ford de 3D-printers van het bedrijf in de fabriek in Keulen, Duitsland, gebruikte om productiegereedschappen voor de Ford Focus te maken. Hij zei dat het bedrijf ongeveer 1.000 euro per geprint gereedschap bespaarde in vergelijking met de aanschaf van hetzelfde gereedschap bij een externe leverancier.
Als productie-ingenieurs gereedschap nodig hebben, kunnen ze het ontwerp in 3D CAD-modelleersoftware laden, het ontwerp verfijnen, naar een printer sturen en het binnen enkele uren laten printen. Verbeteringen in software, zoals de integratie van meer materiaalsoorten, hebben ontwerptools gebruiksvriendelijker gemaakt, waardoor zelfs mensen zonder training met de software kunnen werken, aldus Heiden.
Nu Ford het nut van 3D-geprinte gereedschappen en hulpstukken heeft kunnen aantonen, zei Heiden dat de volgende stap voor het bedrijf is om het probleem van de reserveonderdelenvoorraad aan te pakken. In plaats van honderden onderdelen op te slaan, zullen 3D-printers worden gebruikt om ze te printen zodra ze worden besteld. Vervolgens zal Ford naar verwachting zien wat voor impact de technologie kan hebben op de productie van onderdelen.
Andere autofabrikanten integreren 3D-printtechnologie al op creatieve manieren. Ultimaker geeft voorbeelden van tools die Volkswagen gebruikt in zijn fabriek in Palmela, Portugal:
Het gereedschap, geprint met een Ultimaker 3D-printer, wordt gebruikt om de plaatsing van bouten te geleiden tijdens de montage van wielen in de Volkswagen-assemblagefabriek in Portugal.
Als het gaat om het herdefiniëren van de auto-industrie, denken anderen veel groter. Kevin Czinger van Divergent3D is daar een van.
Czinger wil de manier waarop auto's worden gebouwd herdefiniëren. Hij wil een nieuwe aanpak ontwikkelen met behulp van geavanceerde computermodellering en additive manufacturing (AM) om chassis te creëren die lichter zijn dan traditionele frames, minder onderdelen bevatten, betere prestaties leveren en goedkoper te produceren zijn. Divergent3D presenteerde zijn 3D-geprinte chassis op de stand van SLM Solutions Group AG tijdens Formnext.
Het chassis dat op de SLM 500-machine wordt geprint, bestaat uit zelfsluitende knooppunten die na het printen perfect in elkaar passen. Volgens functionarissen van Divergent3D kan deze aanpak voor het ontwerp en de assemblage van chassis $250 miljoen besparen door het elimineren van gereedschapskosten en het verminderen van het aantal onderdelen met 75 procent.
Het bedrijf hoopt dit type productie-eenheid in de toekomst aan autofabrikanten te verkopen. Divergent3D en SLM hebben een nauwe strategische samenwerking opgezet om dit doel te bereiken.
Senior Flexonics is geen bedrijf dat bij het grote publiek bekend is, maar het is een belangrijke leverancier van componenten aan bedrijven in de auto-, diesel-, medische, olie- en gas- en energiesector. Vertegenwoordigers van het bedrijf spraken vorig jaar met GKN Powder Metallurgy over de mogelijkheden van 3D-printen, en de twee deelden hun succesverhalen tijdens Formnext 2018.
Onderdelen die opnieuw zijn ontworpen om te profiteren van additive manufacturing (AM) zijn inlaat- en uitlaatkleppen voor uitlaatgasrecirculatiekoelers voor commerciële vrachtwagens, zowel voor gebruik op de weg als off-road. Advanced Flexonics is geïnteresseerd in het onderzoeken van efficiëntere manieren om prototypes te maken die bestand zijn tegen praktijktests en mogelijk massaproductie. Met jarenlange ervaring in de productie van onderdelen voor automobiel- en industriële toepassingen heeft GKN een diepgaand begrip van de functionele porositeit van metalen onderdelen.
Dit laatste is belangrijk omdat veel ingenieurs denken dat onderdelen voor bepaalde industriële voertuigtoepassingen een dichtheid van 99% vereisen. In veel van deze toepassingen is dat echter niet het geval, aldus Adrian Keppler, CEO van EOS, wat de leverancier en partner van machinetechnologie bevestigt.
Na de ontwikkeling en het testen van onderdelen gemaakt van EOS StainlessSteel 316L VPro-materiaal, concludeerde Senior Flexonics dat de additief vervaardigde onderdelen aan hun prestatiedoelen voldeden en sneller geproduceerd konden worden dan gegoten onderdelen. Zo kan het portaal bijvoorbeeld in 70% van de tijd worden 3D-geprint in vergelijking met het gietproces. Tijdens de persconferentie erkenden alle betrokken partijen dat dit een groot potentieel heeft voor toekomstige serieproductie.
"Je moet de manier waarop onderdelen worden gemaakt heroverwegen", zei Kepler. "Je moet anders naar de productie kijken. Dit zijn geen giet- of smeedstukken."
Voor velen in de AM-industrie is de ultieme droom het zien van een brede toepassing van de technologie in grootschalige productieomgevingen. In de ogen van velen zou dit volledige acceptatie betekenen.
AM-technologie wordt gebruikt om deze inlaat- en uitlaatkleppen te produceren voor uitlaatgasrecirculatiekoelers voor vrachtwagens. De fabrikant van deze prototypeonderdelen, Senior Flexonics, onderzoekt andere toepassingen voor 3D-printen binnen het bedrijf.
Met dit in gedachten werken materiaal-, software- en machineontwikkelaars hard aan producten die dit mogelijk maken. Materiaalproducenten streven ernaar poeders en kunststoffen te ontwikkelen die op een reproduceerbare manier aan de prestatie-eisen voldoen. Softwareontwikkelaars proberen hun materiaaldatabases uit te breiden om simulaties realistischer te maken. Machinebouwers ontwerpen cellen die sneller werken en een groter productiebereik hebben om meer onderdelen tegelijk te kunnen produceren. Er is nog werk aan de winkel, maar er heerst veel enthousiasme over de toekomst van additive manufacturing in de praktijk.
“Ik werk al 20 jaar in deze branche en in die tijd hoorde ik steeds weer: ‘Deze technologie gaat binnenkort in een productieomgeving worden toegepast.’ Dus we hebben maar gewacht”, aldus Paul Bates, directeur van het Additive Manufacturing Competency Center van UL. “Maar ik denk dat we eindelijk op het punt komen dat alles samenkomt en het daadwerkelijk gebeurt.”
Dan Davis is hoofdredacteur van The FABRICATOR, het meest gelezen tijdschrift in de metaalbewerkings- en vormindustrie, en van de aanverwante publicaties STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal en The Welder. Hij werkt sinds april 2002 aan deze publicaties.
Het Additive Report richt zich op het gebruik van additive manufacturing-technologieën in de praktijk. Fabrikanten gebruiken 3D-printing tegenwoordig voor het maken van gereedschappen en mallen, en sommigen zetten AM zelfs in voor grootschalige productie. Hun verhalen worden hier gepresenteerd.