Optimalisatie van product en proces door gebruik van 3D-printers in industriële productie

Optimalisatie van product en proces door gebruik van 3D-printers in industriële productie

Jeroen van Hal
Cover Image

Veel mensen hebben thuis al een traditionele inkjet- of laserprinter om tekst en afbeeldingen in '2D' op papier af te drukken. Daar komen nu ook 3D-printers bij, waarmee we gadgets, sieraden en andere producten kunnen maken. 3D-printen wordt steeds populairder en tegenwoordig worden er zelfs online platforms opgezet met gratis, voor iedereen toegankelijke ontwerpen, zoals Pinshape. 3D-printen, ook wel 'additive manufacturing' genoemd, is een nieuwe productietechniek waarbij vanuit het niets 'echte driedimensionale' producten laag voor laag worden opgebouwd. Dit is het tegenovergestelde van traditionele machinale bewerkingen als boren, frezen of snijden, waarbij producten worden gemaakt door stukjes materiaal te verwijderen.

3D-printen als 'rapid prototyping'

3D-printen wordt tegenwoordig vaak geassocieerd met 'rapid prototyping', een proces dat gebruikt wordt in onderzoek en ontwikkeling (R&D) om een fysieke weergave van een nieuwe uitvinding (prototype) te maken, zodat die beproefd en gevalideerd kan worden.

Professioneel gezien begint 3D-printen inmiddels al een populaire manier te worden om op maat gemaakte producten snel en in kleine series te vervaardigen. Polymeren en metalen worden al op grote schaal via 3D-printers gemaakt. Ook bij de vervaardiging van aardewerk worden in toenemende mate 3D-printers gebruikt.

3D-printen bij Bronkhorst

Bij Bronkhorst is gebleken dat 3D-printers binnen de productieomgeving een zeer nuttige rol spelen die bij ons zowel in de product- als procesontwikkeling tot uiting komt. 3D-printen is inmiddels echt uitgegroeid tot een nieuwe en zeer toegankelijke productietechniek.

Wij gebruiken diverse 3D-printers, met name voor visualisatie (‘rapid prototyping’-methode) en om nuttige onderdelen te printen ter bevordering van de productie van massflowregelaars en -meters. Toen we nog geen 3D-printers hadden, moesten we ergens anders prototypes van onderdelen laten maken. Dat kostte heel wat tijd en geld. Door middel van 3D-printen hebben we onze productiviteit kunnen verhogen: het gaat veel sneller als we een onderdeel of gereedschap zelf kunnen printen.

Binnen een paar uur kunnen we het ontwerp van een onderdeel beoordelen: werkt het inderdaad zoals we verwacht hadden? Past het ook echt? Bovendien hoeven we bij kleine hoeveelheden geen geld te steken in het maken van een mal.

Naast de snelheid heeft 3D-printen nog een aantal grote voordelen. Het is veel handiger om te werken met een echt onderdeel (een kunststof model dat er echt uitziet en dat je kunt voelen) dan met een 3D-afbeelding die er misschien geweldig uitziet maar waarbij je nog steeds niets concreets in handen hebt. Bovendien verloopt de communicatie tussen R&D, techniek en productie veel beter als je een tastbaar onderdeel hebt om over te praten. Wat zijn de belangrijkste problemen waar we tegenaan zullen lopen? Welke risico's brengt een nieuw ontwerp met zich mee? Op de afdeling R&D wordt 3D-printen voornamelijk gebruikt om de functionaliteit van een ontwerp te testen. De Engineering afdeling gaat nog een stapje verder en zorgt dat het ontwerp haalbaar en uitvoerbaar is.

Samenwerking met externe partners

K3D , onderdeel van Kaak Group in Terborg, kocht als eerste een industriële 3D-printer voor metaal. De printer is sinds september 2016 volledig in gebruik. De MetalFab1 werkt op basis van selectief lasersmelten (SLM), een 3D-printtechniek waarbij een laag metaalpoeder wordt aangebracht en vervolgens een deel van de poederdeeltjes selectief wordt samengesmolten met behulp van de hitte van een laser. Dit is de eerste lokale stap in het maken van metalen onderdelen met een 3D-printer.

3D-printer Kaak

K3D industriële 3D-printer voor metaal

Meer weten over massflowregelaars in 3D-printers? Lees de blog van Jens Kiene over hoe een MASS-STREAM massflowregelaar gebruikt wordt bij selectief lasersmelten.

Kaak heeft zeven bedrijven in de regio gevraagd om samen te experimenteren met de 3D-techniek, met als doel om van Oost-Nederland een 'printvalley' te maken. Elke week mag Bronkhorst de printer een paar uur gebruiken. Bronkhorst is steeds op zoek naar mogelijkheden om het productieproces voor flowmeters te verbeteren, bijvoorbeeld door uit te zoeken of het mogelijk is om meer functies in de modules te verwerken zonder afbreuk te doen aan het modulaire ontwerp. Verder mogen ook plaatselijke onderwijsinstellingen gebruikmaken van het apparaat, zodat hun studenten kunnen leren werken met deze technologie.

Massflowregelaars voor 3D-printers

Wij gebruiken 3D-printers dus voor onze eigen product- en procesontwikkeling, maar het werkt ook de andere kant op: massflowregelaars worden gebruikt in 3D-printers voor metalen. Bij selectief lasersmelten is het essentieel om in de printer een inerte atmosfeer te creëren rondom de metaalpoederdeeltjes die gesmolten moeten worden, en zo te voorkomen dat het metaal met zuurstof uit de omringende lucht gaat oxideren tijdens het lasersmelten. Daarom moet een inert beschermgas worden aangebracht: argongas voor staal en titanium en stikstofgas voor aluminium. Bronkhorst helpt fabrikanten van 3D-printers met een systeem dat de doorstroming van deze inerte beschermgassen op gang brengt en regelt.

3D-printen is een vorm van 'additive manufacturing', een nieuwe productietechniek die essentieel is voor Bronkhorst om bij te blijven met alle nieuwe trends op de markt voor zowel product- als procesontwikkeling.

Meer informatie over deze toepassing bij het 3D-printen van metalen producten.

Bekijk de massflowregelaar MASS-STREAM D-6300 en bekijk de video die wordt gebruikt bij 3D-printen