artikel

3D-printing: Van zolderkamer naar wereldmarktleiderschap

Manufacturing

Vele tientuizenden desktop 3D-printers van Ultimaker in Geldermalsen hebben inmiddels hun weg gevonden naar klanten zoals Volkswagen en ABB. Afnemers in de industrie maken er bijvoorbeeld robotgrijpers mee. Architecten vervaardigen snel en makkelijk maquettes. Onderzoeksafdelingen, onderwijs- en kennisinstellingen hebben in no-time functionele prototypen beschikbaar. Door de nadruk te leggen op betrouwbaarheid en printprocesbeheersing creëert Ultimaker met 3D-printing waarde voor steeds meer professionele toepassingen.

3D-printing: Van zolderkamer naar wereldmarktleiderschap

Tekst: Leendert van der Ent

Ultimaker is gevestigd aan de Watermolenweg in Geldermalsen, genoemd naar historische technologie waar Nederland trots op is. Maar tijd voor nostalgie heeft Ultimaker nauwelijks. De markt voor desktop 3D-printers ontwikkelt zich zelfs te snel om terug te kijken op de eigen ultrakorte weg van zolderkamer naar wereldmarktleiderschap.
Toch maar even doen. Op strategisch niveau is dat traject de triomf van open source. Hard- en software zijn namelijk in de kern open source. De 3D-printersoftware Ultimaker Cura wordt door veel andere fabrikanten gebruikt en is marktleider. ‘We hebben alle benodigde bestanden ter beschikking gesteld, dus iedereen kon in principe zelf aan de slag. Toch kregen we steeds vaker de vraag: kunnen jullie die printer niet voor ons maken?’, zegt Siert Wijnia, co-founder en CTO bij Ultimaker. Dat leidde tot snelle groei die bij gepatenteerde technologie waarschijnlijk niet zou zijn opgetreden.
Wijnia: ‘3D-printen op zichzelf was al sinds de jaren tachtig bekend. Het kwam alleen niet van de grond omdat de gepatenteerde technologie voor de meeste toepassingen te duur of te ingewikkeld was. Wij willen 3D-printen toegankelijk maken, zodat mensen lokaal kunnen produceren. Aanvankelijk leverden we 3D-printers als bouwpakketten, maar de markt wilde kant-en-klare 3D-printers.’ De vraag liep enorm snel op. ‘We ontdekten ook dat hardware alleen niet voldoende is. Slimme software, lokale hoogwaardige service en een goed verkoopkanaal zijn even belangrijk. Inmiddels gebruiken meer dan twee miljoen mensen wereldwijd onze 3D-printersoftware Ultimaker Cura. Anonieme gebruikersdata uit Ultimaker Cura bieden ons waardevolle inzichten in de manier waarop zij 3D-printers gebruiken en helpen ons om onze 3D-printers nog beter en toegankelijker te maken.’

Professionele toepassingen

Het ideaal was aanvankelijk: iedere consument zijn eigen desktop 3D-printer. Wijnia: ‘Dat was en is een mooi toekomstbeeld. We willen de transitie naar lokale digitale productie versnellen, maar het eindpunt is nog ver weg. Toch blijft het idee van lokale techniek en lokale grondstoffen in combinatie met wereldwijde denkkracht aantrekkelijk. Het maken van een printje is niet voor iedereen toegankelijk; zonder kennis van het omzetten van bestanden en de mogelijkheden van kunststofmaterialen blijft het speelgoed, een gimmick. Dat gehypete idee heeft er wel toe geleid dat de wereld inmiddels weet wat 3D-printing inhoudt.’

Nu komt het erop aan om samen met klanten steeds meer business cases mogelijk te maken. ‘Het moet er uiteindelijk naartoe dat je op de knop drukt en er een printje komt, maar het krachtenveld van producteisen, mogelijkheden van materialen en beheersing van het printproces is te complex om dat snel voor elkaar te krijgen’, aldus Wijnia. ‘Er zijn maar weinig producten die uit één onderdeel bestaan. Een 3D-printer levert daarom meestal onderdelen op die een functie vervullen in een groter geheel, geen eindproducten. Het ontwerpen en samenstellen van onderdelen tot eindproduct vereist veel kennis.’

Toch maakt Ultimaker het traject van ontwerpfile tot geprint product stap voor stap overzichtelijker. Modelgeneratie na modelgeneratie print sneller. En business case na business case neemt het systematisch inzicht in het samenspel van materiaal, printkop en omgeving toe.

Meetbaar voordeel

De terminologie business case duidt er al op: het gaat om professionele toepassingen. Eén van de eerste klanten was een fabrikant van graafmachines, herinnert Wijnia zich: ‘De onderdelen daarvoor worden natuurlijk in metaal gemaakt, maar de prototypen daarvoor niet. Oorspronkelijk duurde het wel anderhalf tot twee weken voor ze een prototype in kunststof hadden. Nu printen ze de prototypes ’s nachts en komen er de volgende morgen achter dat er een denkfout in het ontwerp zat. Binnen een dag is die denkfout gevonden en rechtgezet. Dat is wat zo’n ontwikkeltraject met behulp van 3D-printen typisch oplevert. Doordat ontwikkelaars veel sneller tot hun eindontwerp komen, is de printer zo terugverdiend. Dat zien we bij veel klanten.’

Zo ook bij de Koninklijke Marine, waar elk schip inmiddels wel een aantal Ultimaker 3D-printers aan boord heeft. ‘De  aanschafkosten heb je er zo uit omdat je onderdelen niet meer met een helikopter hoeft in te vliegen.’

Automobielindustrie

Als er één industrie is die het 3D-printen omarmt, dan is het de automobielindustrie. Sinds 2014 werkt Ultimaker al samen met Volkswagen Autoeuropa in Palmela, Portugal. Wijnia: ‘Ze maken er vooral productie-ondersteunend gereedschap mee, zoals mallen voor het aanbrengen van typeplaatjes, kapjes die bij het monteren van wielbouten beschadiging van lichtmetalen velgen voorkomen en speciale schroevendraaiers voor het bevestigen van kunststof vormdelen.’

De fabriek is er enthousiast over. Zo zegt Pilot Plant Engineer Luis Reis: ‘Met Ultimaker hebben we meer autonomie en dit maakt voor ons snelle productoptimalisatie en het creëren van productie-ondersteunende gereedschappen mogelijk.’ De voordelen laten zich kwantificeren: ‘De 3D print-ontwikkelingen resulteren in een kostenreductie van 91 en 95 procent minder ontwikkeltijd voor gereedschappen. Ultimaker maakt het mogelijk om de ergonomie van de gereedschappen met 28 procent te verbeteren en de uiteindelijke productkwaliteit met 35 procent’, aldus collega-Pilot Plant Engineer Helena Trincheiras. Pilot Plant Manager Luis Pascoa vat samen: ‘We hebben nu veel meer gereedschappen, met een betere passing, voor veel minder geld. Al door een handvol instrumenten te printen verdienen we de investering terug.’ Inmiddels heeft Volkswagen Autoeuropa al meer dan duizend hulpstukken geprint met de 3D-printers van Ultimaker. In 2017 alleen heeft dit een besparing van 325.000 euro opgeleverd.

Spuitgieten verdringen

Een aardige anekdote die Wijnia zich weet te herinneren heeft te maken met ABB Robotics. ‘Op een industriebeurs hadden we een stand naast ABB’, vertelt Wijnia. ‘Een robotarm is standaard; de grijper bepaalt de specifieke toepassing. Een dag voor de beurs ging op de stand naast ons een grijper kapot. Wij hebben toen snel een nieuwe grijper voor ze geprint en die doet nu nog steeds dienst op beurzen.’

Zo zijn er steeds meer cases te melden. ‘Vooral bij toepassingen rond producten in betrekkelijk kleine series waarvan de productspecificaties snel veranderen, begint printen steeds vaker het spuitgieten te verdringen.’ Wijnia geeft als voorbeeld een fabrikant van sensoren, die de verpakkingen om de eindproducten heen tegenwoordig met drie Ultimakers print. ‘Een iteratie op de elektronica maakt vaak een aanpassing van de verpakking noodzakelijk. Het is dan veel makkelijker en sneller om het ontwerp in de computer aan te passen en de nieuwe vorm te printen dan dat je telkens een matrijs moet aanpassen.’

Doorontwikkelen

De shakedown in de 3D-printerwereld maakt duidelijk dat het zaak is de juiste strategie te kiezen.  Ultimaker kiest voor de professionele markt, maar via welke benadering denkt het bedrijf deze markt te bedienen? De printerfabrikant blijft zich toeleggen op het doorontwikkelen van 3D-printers en hun software en niet op bijvoorbeeld printen voor derden of engineering-opdrachten. Nauwe samenwerking met klanten past bij die rol. Wijnia: ‘Service en ondersteuning zijn belangrijk. We hebben inmiddels een netwerk van salespartners en lokale servicepartners in meer dan honderd landen. Een 3D-printer moet voor een klant waarde toevoegen. In de professionele markt gebeurt dat alleen als je voldoende sterkte, betrouwbaarheid en nauwkeurigheid realiseert. Het is onze taak te zorgen dat klanten dat bereiken, maar klanten koppelen ook ervaringen aan ons terug zodat ons systeeminzicht groeit en wij met onze doorontwikkeling de juiste kant op blijven gaan.’

Eén van de kernpunten is dat Ultimaker vanuit de samenwerking met klanten het samenspel van software, materialen en machine tot een ‘printprofiel’ steeds beter beheerst. ‘Het materiaalgedrag tijdens het printproces is uiterst complex en vergt net als bij spuitgieten tuning‘, aldus Wijnia. ‘Ook ons inzicht in de inzet van verschillende printmaterialen groeit. Samen met de grote materiaalleveranciers werken we aan de verbetering van gespecialiseerde printvarianten van ABS, co-polyesters, polycarbonaat, nylon, thermoplastisch urethaan, polymelkzuur (PLA) of polyvinylalcohol (PVA). We leveren het juiste materiaal ook aan de klant. Het is duidelijk welke kant we uit moeten om verder te komen in de ontwikkeling.’

Om het 3D-printen verder te brengen werkt Utimaker samen met Nederlandse, Britse en Amerikaanse technische universiteiten, bijvoorbeeld met de TU Delft op het gebied van multimaterial printing. Wijnia: ‘Onze technologie van Fused Deposition Modelling (ook wel Fixed Filament Fabrication) leent zich goed voor het printen van composieten door het mechanisch interlocken van bijvoorbeeld harde kunststoffen en elastomeren. De oriëntatie bepaalt daarbij de sterkte. Het aantal mogelijkheden groeit door dit soort ontwikkelingen exponentieel. We worden soms zelf verrast door de toepassingen van dergelijke multimaterialen, zoals voor de patronen op mozaïektegels.’

Software

Cura mag dan open source software zijn, de versies die op Ultimakers draaien hebben wel een streepje voor op de open source versie. Dat geldt bijvoorbeeld voor de integratie van Cura met CAD-software. ‘Als je iets massief ontwerpt, vertaalt de software dat automatisch naar een printgunstige honingraatstructuur’, geeft Wijnia als voorbeeld. Het automatiseren op de achtergrond raakt ook de integratie met alle gangbare CAD-programma’s zoals Siemens NX en SolidWorks.’

Een andere belangrijke software-ontwikkeling is Cura Connect. Wijnia: ‘In de firmware van de Ultimaker 3 zorgen we ervoor dat groepen printers kunnen worden aangestuurd. Printopdrachten komen binnen bij een moederprinter, die het werk vervolgens optimaal verdeelt over zichzelf en haar ‘dochters’, waar die dan ook in een bedrijf staan opgesteld. In de printwachtrij wordt voor elke machine bepaald wat die maakt uit welk materiaal.’ Nieuwe software zorgt ervoor dat de 3D-printers van Ultimaker qua beheer steeds meer op 2D-printers gaan lijken; zo geven ze bijvoorbeeld aan dat het printmateriaal opraakt of dat onderhoud vereist is.

Cura geeft Ultimaker geautomatiseerd anonieme informatie terug over welke printprofielen gebruikers vaak kiezen. Daardoor kan Ultimaker zijn ontwikkeling afstemmen, zoals het ook de feedback uit klantprojecten benut voor productverbetering. De wisselwerking met klanten is erg belangrijk, benadrukt Wijnia: ‘Ik wil een solide, toegankelijk bedrijf dat een betrouwbare partners is voor klanten. Als wij een nieuwe printer aankondigen, staat hij ook bij de salespartners. Zeggen wat je doet en doen wat je zegt.’

Reageer op dit artikel