Het volledige autochassis van Divergent3D is 3D-geprint. Het product werd voor het eerst aan het publiek getoond op de stand van SLM Solutions op de Formnext 2018 in Frankfurt, Duitsland, van 13 tot en met 16 november.
Als u enige praktische kennis hebt van additieve productie (AM), bent u waarschijnlijk bekend met het 3D-printen van spuitmondjes voor het Leap-straalmotorplatform van GE. De zakelijke pers besteedt al sinds 2012 aandacht aan dit verhaal, omdat het inderdaad het eerste goed gepubliceerde geval was van AM in de praktijk in een echte productieomgeving.
Brandstofmondstukken uit één stuk vervangen de voorheen uit 20 onderdelen bestaande constructie. Bovendien moest het ontwerp robuust zijn, omdat het onderdeel in de straalmotor aan temperaturen tot wel 1180 graden Celsius werd blootgesteld. Het onderdeel kreeg in 2016 een vluchtcertificering.
Naar verluidt heeft GE Aviation momenteel meer dan 16.000 toezeggingen voor zijn Leap-motoren. Vanwege de grote vraag meldde het bedrijf dat het in het najaar van 2018 zijn 30.000ste 3D-geprinte brandstofsproeier heeft geprint. GE Aviation produceert deze onderdelen in Auburn, Alabama, waar het bedrijf meer dan 40 metaal-3D-printers in gebruik heeft voor de productie van de onderdelen. GE Aviation meldt dat elke Leap-motor 19 3D-geprinte brandstofsproeiers heeft.
GE-functionarissen zijn het misschien zat om over brandstofsproeiers te praten, maar het heeft wel de weg vrijgemaakt voor het AM-succes van het bedrijf. Sterker nog, alle vergaderingen over het ontwerp van nieuwe motoren beginnen met een discussie over hoe additieve productie kan worden opgenomen in de productontwikkeling. Zo heeft de nieuwe GE 9X-motor die momenteel wordt gecertificeerd 28 brandstofsproeiers en een 3D-geprinte verbrandingsmixer. Nog een voorbeeld: GE Aviation is bezig met het herontwerpen van een turbopropmotor, waarvan het ontwerp al ongeveer 50 jaar vrijwel hetzelfde is. Deze motor zal 12 3D-geprinte onderdelen bevatten die het gewicht van de motor met 5 procent helpen verminderen.
"De afgelopen jaren hebben we geleerd hoe we echt grote, additief vervaardigde onderdelen kunnen maken", aldus Eric Gatlin, hoofd van het additieve productieteam bij GE Aviation, sprekend tot het aanwezige publiek op de stand van het bedrijf op Formnext 2018 in Frankfurt, Duitsland, begin november.
Gatlin noemde de omarming van AM een "paradigmaverschuiving" voor GE Aviation. Zijn bedrijf is echter niet het enige. Exposanten op Formnext merkten op dat er dit jaar meer fabrikanten (OEM's en Tier 1's) op de beurs aanwezig waren dan ooit tevoren. (Beursfunctionarissen meldden dat er 26.919 mensen het evenement bezochten, een stijging van 25 procent ten opzichte van Formnext 2017.) Hoewel fabrikanten in de lucht- en ruimtevaartsector het voortouw nemen in de poging om additieve productie werkelijkheid te laten worden op de werkvloer, wordt de technologie nu door auto- en transportbedrijven op een nieuwe manier bekeken. Een veel serieuzere manier.
Tijdens een persconferentie van Formnext gaf Paul Heiden, Senior Vice President bij Ultimaker, details over hoe Ford de 3D-printers van het bedrijf in zijn fabriek in Keulen (Duitsland) gebruikte om productietools voor de Ford Focus te maken. Hij zei dat het bedrijf ongeveer 1.000 euro per printtool bespaarde in vergelijking met de aanschaf van dezelfde tool bij een externe leverancier.
Als productietechnici behoefte hebben aan gereedschap, kunnen ze het ontwerp laden in 3D CAD-modelleringssoftware, het ontwerp verfijnen, naar een printer sturen en binnen enkele uren laten printen. Vooruitgang in software, zoals het integreren van meer materiaalsoorten, heeft geholpen om ontwerptools eenvoudiger te maken, zodat zelfs "ongetrainde" mensen met de software kunnen werken, aldus Heiden.
Nu Ford het nut van 3D-geprinte gereedschappen en armaturen heeft aangetoond, zei Heiden dat de volgende stap voor het bedrijf is om het probleem van de voorraad reserveonderdelen aan te pakken. In plaats van honderden onderdelen op te slaan, worden 3D-printers gebruikt om de onderdelen te printen zodra ze worden besteld. Van daaruit verwacht men dat Ford zal zien welke impact de technologie kan hebben op de productie van onderdelen.
Andere autobedrijven zijn al op creatieve manieren bezig met het implementeren van 3D-printgereedschappen. Ultimaker geeft voorbeelden van gereedschappen die Volkswagen gebruikt in zijn fabriek in Palmela, Portugal:
Het gereedschap wordt geproduceerd op een Ultimaker 3D-printer en wordt gebruikt om de plaatsing van bouten te begeleiden bij het plaatsen van de wielen in de Volkswagen-assemblagefabriek in Portugal.
Als het gaat om het herdefiniëren van de autoproductie, denken anderen veel groter. Kevin Czinger van Divergent3D is er één van.
Czinger wil de manier waarop auto's worden gebouwd opnieuw vormgeven. Hij wil een nieuwe aanpak creëren met behulp van geavanceerde computermodellen en AM om chassis te creëren die lichter zijn dan traditionele frames, minder onderdelen bevatten, hogere prestaties leveren en goedkoper te produceren zijn. Divergent3D presenteerde zijn 3D-geprinte chassis op de stand van SLM Solutions Group AG op Formnext.
Het chassis dat op de SLM 500-machine is geprint, bestaat uit zelfbevestigende knooppunten die na het printen allemaal in elkaar passen. Volgens functionarissen van Divergent3D kan deze aanpak van chassisontwerp en -assemblage $ 250 miljoen besparen op gereedschapskosten en kan het aantal onderdelen met 75 procent worden verminderd.
Het bedrijf hoopt dit type productie-eenheid in de toekomst aan autofabrikanten te verkopen. Divergent3D en SLM zijn een nauwe strategische samenwerking aangegaan 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 automobiel-, diesel-, medische, olie- en gas- en energiesector. Vertegenwoordigers van het bedrijf kwamen vorig jaar bijeen met GKN Powder Metallurgy om de mogelijkheden van 3D-printen te bespreken. Op Formnext 2018 deelden de twee hun succesverhalen.
Onderdelen die opnieuw zijn ontworpen om AM te benutten, zijn onder andere inlaat- en uitlaatkleppen voor uitlaatgasrecirculatiekoelers voor commerciële vrachtwagentoepassingen, zowel op de weg als daarbuiten. Advanced Flexonics wil graag onderzoeken of er efficiëntere manieren zijn om prototypes te maken die bestand zijn tegen praktijktests en mogelijk massaproductie. Dankzij jarenlange kennis van de productie van onderdelen voor auto- en industriële toepassingen heeft GKN een diepgaand inzicht in de functionele porositeit van metalen onderdelen.
Dat laatste is belangrijk omdat veel ingenieurs geloven dat onderdelen voor bepaalde industriële voertuigtoepassingen een dichtheid van 99% vereisen. Volgens Adrian Keppler, CEO van EOS, is dat in veel van deze toepassingen niet het geval. De leverancier van machinetechnologie en partner bevestigt dit.
Na het ontwikkelen en testen van onderdelen van EOS StainlessSteel 316L VPro-materiaal, ontdekte Senior Flexonics dat additief vervaardigde onderdelen aan hun prestatie-eisen voldeden en sneller konden worden geproduceerd dan gegoten onderdelen. Het portaal kan bijvoorbeeld in 70% van de tijd van het gietproces in 3D worden geprint. Tijdens de persconferentie erkenden alle partijen die bij het project betrokken waren dat dit een groot potentieel heeft voor toekomstige serieproductie.
"Je moet heroverwegen hoe onderdelen worden gemaakt", zei Kepler. "Je moet anders naar de productie kijken. Dit zijn geen gietstukken of smeedstukken."
Voor velen in de AM-industrie is de heilige graal het wijdverbreide gebruik van de technologie in productieomgevingen met een hoog volume. In de ogen van velen zou dit een volledige acceptatie betekenen.
AM-technologie wordt gebruikt om deze inlaat- en uitlaatkleppen voor uitlaatgasrecirculatiekoelers voor commerciële vrachtwagentoepassingen te produceren. 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 het leveren van producten die dit mogelijk maken. Materiaalfabrikanten willen poeders en kunststoffen creëren die op herhaalbare wijze aan de prestatieverwachtingen kunnen voldoen. Softwareontwikkelaars proberen hun materiaaldatabases uit te breiden om simulaties realistischer te maken. Machinebouwers ontwerpen cellen die sneller werken en grotere productiebereiken hebben, zodat ze meer onderdelen tegelijkertijd kunnen verwerken. Er moet nog steeds werk worden verricht, maar er is veel enthousiasme over de toekomst van additieve productie in de echte productie.
"Ik zit al twintig jaar in deze branche en in die tijd hoorde ik steeds: 'We gaan deze technologie binnenkort in een productieomgeving gebruiken.' Dus hebben we lang gewacht", aldus Paul Bates, directeur van het Additive Manufacturing Competency Center van UL. "Maar ik denk dat we eindelijk het punt bereiken waarop alles samenkomt en dat het gebeurt."
Dan Davis is hoofdredacteur van The FABRICATOR, het grootste tijdschrift in de sector over metaalbewerking en -vormen, en de zusterpublicaties 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 additieve productietechnologieën in de praktijk. Fabrikanten gebruiken tegenwoordig 3D-printen om gereedschappen en armaturen te maken, en sommige gebruiken AM zelfs voor grootschalige productie. Hun verhalen worden hier gepresenteerd.