artikel

Hoe bouw je succesvol 3D-metaalprinters?

Manufacturing

Daan Kersten en compagnon Jonas Wintermans trokken in 2012 de stoute schoenen aan om een nieuw bedrijf uit de grond te stampen: Additive Industries. De heren hadden de ambitie om 3D-metaalprinten van laboratoriumomgeving naar de fabrieksvloer te brengen – van lab naar fab. Inmiddels is de jongensdroom uitgegroeid tot een bedrijf met tachtig werknemers en vestigingen in Eindhoven en Californië en binnenkort ook in Bristol en Singapore. Vijf belangrijke beslissingen hebben vorm gegeven aan de snelle groei van het bedrijf, vertelt CEO Daan Kersten.

Hoe bouw je succesvol 3D-metaalprinters?
(foto's: Additive Industries)

Tekst: Evi Husson

In zes jaar tijd van idee naar winstgevend bedrijf met meerdere vestigingen en de productie van enkele tientallen 3D-metaalprinters per jaar. Niet elk bedrijf doet het ze na. ‘We begonnen in 2012 met z’n tweeën met een idee. Vrij snel hebben we een goed team kunnen opbouwen, financiering gevonden en een machine ontwikkeld’, zegt Daan Kersten, CEO van Additive Industries. In november 2015 kon de eerste machine aan het publiek worden getoond. Enkele maanden later – aan het einde van het eerste kwartaal van 2016 – stond de eerste machine bij een grote klant: Airbus. ‘Het was een enorme opsteker voor ons dat meteen een klant van naam zich aan ons bedrijf verbond. Sindsdien is het enorm snel gegaan. In een heel korte periode verkochten we een aantal bètamachines aan klanten waarmee we intensief konden samenwerken. Hierdoor verdwenen de kinderziektes vrij snel en konden we doorschakelen naar het in serie bouwen van onze machine.’ Het volume is flink toegenomen. ‘Als bedrijf zijn we ruwweg elk jaar verdubbeld, maar we zijn nog lang niet uitgegroeid. Onze ambitie is om tot de top drie in onze markt te behoren. Deze ambitie kunnen we waarmaken door de komende periode opnieuw jaarlijks te blijven verdubbelen.’ Volgens Kersten vormde met name een aantal beslissingen in de beginfase de basis voor de groei.

  • Flexibiliteit en modulair ontwerp

‘Een belangrijk punt op technologisch vlak is dat we in de ontwikkeling bewust hebben gekozen voor een modulair ontwerp. Klanten kunnen een configuratie kiezen die past bij hun product en toepassing terwijl wij zelf op moduleniveau steeds kunnen doorontwikkelen. De kernmodule – het printproces – is nu bijvoorbeeld totaal anders dan de module die in de bètamachine zat. Onze software wordt daarnaast continu verbeterd en uitgebreid met nieuwe functies en mogelijkheden. Klanten kopen in principe een platform waaraan we nieuwe functies kunnen toevoegen zodat de machine ook na aankoop steeds beter wordt. Doe je dit niet, dan zullen klanten enigszins terughoudend zijn om te investeren. Onze markt ontwikkelt zich razendsnel en klanten willen altijd een machine, voorzien van de nieuwste technologie. In ons geval kunnen we door deze flexibele aanpak dus veilig investeren en toch steeds een nieuw performance level krijgen. Dat is een belangrijk aspect voor onze business.’

  • Ontwikkelen voor reproduceerbaarheid versus prototyping

Een tweede aspect is de ontwikkeling van een machine die eenvoudig kan reproduceren. ‘Onze concurrenten hebben machines vooral ontworpen voor prototyping en enkelstuks. Wij hebben vanaf het begin de ambitie gehad om een machine voor serieproductie te bouwen. Als je dat in je achterhoofd houdt, bouw je een heel andere machine. Zo zijn veel meer stappen van het proces geïntegreerd en geautomatiseerd en we hebben ook gekeken naar de reproduceerbaarheid van producten. Reproduceerbaarheid is bij prototyping ondergeschikt aangezien je daar slechts een enkelstuk maakt. Produceer je echter grotere aantallen, dan moet je ervoor zorgen dat je voor ieder product identiek dezelfde kwaliteit kan garanderen. Hiervoor hebben we veel kennis uit de semiconductorindustrie gehaald, met name als het gaat om de kallibratie van het systeem. De gelijkvormigheid van producten hangt samen met de samenwerking tussen de lasers die we gebruiken en de mate waarin deze zijn uitgelijnd. We hebben onderzocht hoe we dat proces solide en automatisch kunnen ontwikkelen en er meteen ook een aantal patenten op aangevraagd.’

Leestip: Misvattingen rond additive manufacturing

  • Focus op productiviteit en lage kostprijs

3D-metaalprinter van Additive Industries met twee printkamers

Een derde onderscheidende factor is de focus op productiviteit en lage kostprijs. ‘Wil je een 3D-metaalprintmachine kunnen inzetten voor productie, dan moet de kostprijs van de producten uit de machine, zo laag mogelijk zijn. Wie na een printopdracht een volgend object wil printen moet doorgaans het product, poeder en beschermgas uit de machine halen, een nieuwe bouwplaat erin leggen en de bouwkamer gereed maken. Al die stappen gebeuren bij veel 3D-metaalprintmachines voor prototyping zonder dat er wordt geprint. De productiviteit daalt en de kostprijs van het product gaat omhoog. We hebben er daarom voor gezorgd dat de lasers en de optiek – de duurste onderdelen van de machine – continu kunnen worden gebruikt en er dus continu kan worden geprint. Hoe? Door onze machine van twee printkamers te voorzien. Wanneer een printopdracht klaar is, schuift de optiek naar de volgende printkamer en kan er meteen met een volgende opdracht worden gestart.

Daarnaast hebben we veel handelingen geautomatiseerd waardoor de factor arbeid laag is. Het enige dat de operator nog moet doen, is een nieuwe bouwplaat laden in het systeem. Deze wordt vervolgens door de robot gelegd in een opslagmodule van waaruit de printer zelf de bouwplaat kan afroepen voor de verschillende jobs. Uiteraard moet het gereed product er ook weer worden uitgehaald en is onderhoud in de vorm van het schoonmaken van de machine nog steeds noodzakelijk. Maar door onze strategie ligt de kostprijs van de onderdelen die uit de printer komen ongeveer de helft lager in vergelijking met machines van concurrenten.’
Kersten verwacht dat de kostprijs van het geprinte onderdeel nog verder kan dalen zodat de techniek in de toekomst kan concurreren met bijvoorbeeld gietwerk. ‘De snelheid van de productie is niet noodzakelijk de bottleneck, zoals velen misschien denken. Het printproces zelf is niet heel snel in vergelijking met andere technieken, maar er is daarentegen geen vertraging in de keten. Bedrijven kunnen meteen vanuit de 3D-CAD-files printen. Eenmaal wanneer het ontwerp van een product klaar is, kun je meteen printen zonder doorlooptijdverlies. Bij andere technieken zijn vaak werkvoorbereidingsstappen nodig, moeten mallen gemaakt, onderdelen geassembleerd, enzovoort.’

  • Veiligheid

Een vierde aspect is veiligheid. ‘Vanaf het begin was één van onze uitgangspunten een machine zodanig ontwerpen dat deze intrinsiek veilig is waarbij operators niet in contact kunnen komen met metaalpoeders. Sommige materialen waarmee wordt geprint zijn reactief en kunnen ontbranden wanneer ze in contact komen met zuurstof. Daarnaast bestaat de kans dat je fijn metaalpoeder kunt inademen wanneer je niet beschermd bent. De machine is daarom zo ontworpen dat ze volledig veilig zijn te opereren. Bij de lancering ontvingen we hierop veel positieve reacties, met name van grote fabrikanten die de machines willen neerzetten in een omgeving waar men zich geen zorgen hoeft te maken of de veiligheid van de operator op ieder moment is gegarandeerd.’

  • Hechte samenwerking met klanten

Naast factoren op technologisch vlak is er een vijfde aspect, op organisatorisch vlak, dat de afgelopen jaren een belangrijke rol heeft gespeeld. ‘Wat ons als bedrijf erg onderscheidt, is de manier waarop we samenwerken met de klant. De relatie met de klant is erg open waarbij veel informatie wordt uitgewisseld. We hebben ons bedrijf zodanig ingericht dat we de tips en feedback van klanten snel kunnen verwerken en nieuwe stappen kunnen maken in de ontwikkeling van onze machine. Dat is als jong bedrijf erg belangrijk. In vergelijking met onze concurrenten hebben we minder ervaring, maar door onze hechte samenwerking is de leercurve erg steil. We weten heel goed wat klanten willen met onze machine. En we werken er hard aan om hun wensen te realiseren.’

 

Formula 1 Team Alfa Romeo Racing

Additive Industries is Technology Partner van Alfa Romeo (foto: Alfa Romeo Racing )

Additive Industries heeft een aantal grote namen als klanten: Airbus, Volkswagen, BMW, Kaak Group en Sauber Engineering, het bedrijf achter het Formula 1 Team Alfa Romeo Racing. Kersten: ‘Sauber heeft al meer dan tien jaar ervaring met 3D-printen op kunststofgebied. In 2017 hebben ze besloten om ook onderdelen van metaal te printen en hebben met ons een driejarige samenwerking afgesloten die recent is verlengd naar vijf jaar. Inmiddels heeft het bedrijf drie van onze machines in hun productiehal staan waarmee ze volcontinu produceren. Hiermee printen ze aan de lopende band voor de eigen windtunnelmodellen. Nieuw ontworpen onderdelen kunnen ze meteen printen en testen zodat ze het aerodynamische ontwerp snel kunnen perfectioneren.’
Voor de F1-wagens zelf printen ze uiteraard ook. Denk aan delen van het uitlaatsysteem, de roll-hoop (dit is het onderdeel dat de coureur achter z’n hoofd beschermt), verschillende delen van de wielophanging en de body.
‘Aangezien het bedrijf zoveel mogelijk rendement uit de machines wil halen, produceert het ook voor derden. Ze hebben bijvoorbeeld een klant in de inktjettechnologie waarvoor ze allerlei onderdelen in serie produceren.’

Andere F1- teams zijn eveneens geïnteresseerd in 3D-metaalprinten, zegt Kersten. ‘We zijn in gesprek met meerdere teams die de technologie interessant vinden. Of hier partnerschappen uit voortkomen, zal de toekomst uitwijzen.’

 

 

Reageer op dit artikel