artikel

Jong maakbedrijf bijt zich vast in composietmarkt

Manufacturing

Het jonge bedrijf Rein4ced heeft een nieuw vezelversterkt composietmateriaal ontwikkeld en gepatenteerd en werkt momenteel aan een geautomatiseerde productiemethode om het materiaal van het laboratorium naar de industrie te brengen. Het motto: groot denken, klein beginnen; van fietsframe tot lucht- en ruimtevaart.

Jong maakbedrijf bijt zich vast in composietmarkt

Tekst: Evi Husson

Michaël Callens, ceo van Rein4ced, vertelt hoe hij indertijd met Niels de Greef aan de KU Leuven onderzoek deed naar lichtgewicht materialen: ‘We merkten al snel dat de kennis van de KU Leuven op hoog niveau aangeschreven was in de academische wereld, maar nog niet was doorgedrongen tot de industrie. Daarnaast was de nieuwe materiaalsoort die we hadden ontwikkeld, nog niet voldoende doorontwikkeld om ermee de markt te betreden. Daarom zijn we begonnen als ingenieurs- en consultancybureau. Hiermee konden we bedrijven in België en het buitenland adviseren over welke materiaalsoort voor hun toepassingen het meest geschikt was. In deze periode hebben we veel geleerd als ondernemer: hoe je een idee aan de man kunt brengen, onderhandelt, samenwerkingen kunt opzetten, enzovoort. In deze periode haalden we ook subsidies en financiering op en onderzochten we voor welke markt of markten en op welke manier het nieuwe materiaal interessant zou kunnen zijn voor productie.”

Luisteren naar de markt

Het oog viel op de sportindustrie, auto-industrie en lucht- en ruimtevaart. ‘Aangezien je in de lucht- en ruimtevaart veel tijd moet besteden aan certificering en voor de auto-industrie een bepaalde schaalgrootte is vereist, hebben we ons in eerste instantie gericht op de markt van carbonfietsen. Belangrijk was om in deze zoektocht goed te luisteren naar de noden van de markt. Zo bleken zowel e-commerce als de elektrische fiets een enorme groeipotentie te hebben terwijl een korte doorlooptijd een belangrijke factor is om zaken te doen in deze markt. Onze nieuwe materiaalsoort bleek dus niet ons USP (unique selling point), zoals wij in eerste instantie dachten.’ De productietechnologie van carbonfietsen is de afgelopen jaren vrijwel ongewijzigd gebleven en erg arbeidsintensief. ‘Fietsframes van koolstofvezel worden momenteel in Azië nog steeds handmatig geproduceerd. De carbonvezels worden laagje voor laagje in verschillende richtingen in een vorm gelegd en in een oven tot een geheel gevormd. Deze methode is niet alleen tijdrovend, maar ook erg foutgevoelig. Hier wilden we verandering in brengen met een nieuwe geautomatiseerde productiemethode. Met een exact kopieerbare productietechniek elimineer je kwaliteitsfouten. Kies je daarnaast voor een lokale, Europese productie, dan is snelle levering eveneens mogelijk. Hierdoor hebben we niet één, maar meteen drie (materiaal, kwaliteitsgarantie door automatisering en snelle levertijd) sterke troeven in handen.’

Leestip5 tips om als start-up te groeien

Nieuwe productiemethode

Callens legt de productietechniek meer in detail uit. ‘Doorgaans wordt thermoset composiet (harsen gevuld met lange vezels, weefsels of non-wovens, red.) als basis gebruikt voor carbonfietsen. Componenten worden in de oven gelegd en harden uit. Aangezien alles laagje voor laagje wordt gevormd, kan het een aantal dagen duren voordat een frame klaar is. Wij hebben daarom gekozen voor thermoplast carbon (plastics gevuld met korte vezels of combinaties van plastic met weefsels of ‘non-wovens, red.) als basismateriaal en -methode. Voordeel is dat bij thermoplasten een veel grotere hoeveelheid vezels in één laag kunnen worden verwerkt. Onze frames worden opgebouwd uit lagen thermoplast, gecombineerd met de door ons ontwikkelde staalvezels die impact hebben op de structurele sterkte. Thermoplasten kun je daarnaast ook meerdere keren opwarmen en afkoelen. Je bent hierdoor niet langer verplicht om de volledige laagopbouw van een frame in één keer op te bouwen. Onze frames delen we daarom op in meerdere onderdelen die we later assembleren. Door de kortere cyclustijd per component kunnen we eenvoudiger opschalen en de productiesnelheid verhogen.’

Van nulseries tot echte volumes

De geautomatiseerde productie van een frame bestaat bij Rein4ced uit vijf stappen. ‘We werken hiervoor samen met bedrijven die machines voor de automotive produceren en daarbij mikken op korte cyclustijden. Elke productiestap wordt momenteel nog bij een partner uitgevoerd, in voorbereiding op de productie in eigen huis. Doel is om eind dit jaar de productiestappen te laten samenkomen en de eigen productie te starten. Door deze aanpak wordt ieder productieonderdeel al verder doorontwikkeld bij de leveranciers van onze machines.’

Als de productie uiteindelijk in eigen huis is, zal het transport van de halffabrikaten naar de volgende productiestap in eerste instantie nog handmatig gebeuren. ‘In de beginfase is een visuele inspectie erg belangrijk. Daarbij zullen we ook nagaan welke kwaliteitscontroles we op welke manier kunnen automatiseren. De machines zullen we daarom zodanig positioneren dat automatisering op termijn ook mogelijk wordt. Maar nu is dit nog een stap te vroeg.’
Ook op andere gebieden wordt vergaande automatisering alvast voorbereid. ‘Onze machines genereren zoals elke moderne machine data. Samen met onze leveranciers hebben we alvast besproken of alles OPC UA (communicatieprotocol Open Platform Communications Unified Architecture, red.) compatibel is en de machines op een uniforme manier zullen kunnen communiceren. Op die manier kunnen we later een overkoepelende database integreren en alle achterliggende data koppelen. De doelstelling is om voor ieder serienummer van een fietsframe alles tot aan de basis te kunnen traceren. We stomen dus de productie klaar om te kunnen draaien in een industrie 4.0-omgeving.’

LeestipOPC UA-implementatie: begin klein en met stappenplan

Team

In vier jaar tijd heeft Rein4ced een enorme steile groeicurve doorgemaakt. ‘Geleidelijk aan beginnen alle puzzelstukjes in elkaar te passen. Belangrijk voor ons is geweest dat we met de uitbreiding van het team telkens hebben ingezet op mensen met veel expertise. De eerste twee nieuwe teamleden hadden veel ervaring met composiet en het opzetten van productie. Daarnaast hebben we iemand aangetrokken van buiten de composietenwereld, met meer dan dertig jaar ervaring in geautomatiseerde productielijnen. Wanneer je je omringt met mensen die zo’n traject al hebben doorlopen, komen er automatisch veel zaken naar boven waar wij zelf nog niet eens over hadden nagedacht. Hoe automatiseer je, wat doe je met bufferstock, in welke volgorde voer je zaken uit, wat is de efficiëntste route om het product doorheen een fabriek te leiden, enzovoort. We hebben op korte termijn ontzettend veel opgestoken. Dat maakt het tegelijkertijd ook erg boeiend.’
Maar ook al omring je je door ervaren krachten, niet alles gaat van een leien dakje. ‘We hebben de afgelopen tijd ook geleerd om een plan B, C, D en E te hebben, mocht plan A niet lukken. Dat geldt voor zowel zaken doen met leveranciers als met klanten: we leggen onze eieren niet in één mand.’

Michaël Callens

Michaël Callens studeerde Ingenieurswetenschappen Materiaalkunde aan de KU Leuven. Na zijn masters promoveerde hij eind 2014 op het onderwerp: ‘De ontwikkeling van ductiele staalvezelcomposieten.’ Een paar maanden later richtte Callens samen met Niels de Greef Rein4ced op. Sindsdien heeft het bedrijf een nieuw vezelversterkt composietmateriaal ontwikkeld en gepatenteerd en werkt het team aan een geautomatiseerde productiemethode om het materiaal van het laboratorium naar de industrie te brengen, in eerste instantie in de vorm van carbon fietsframes. Callens leidt tegenwoordig als CEO een 20-koppig multidisciplinair team. Door de diverse achtergronden – van academisch, R&D in de fietsindustrie tot industriële projecten in de autowereld en de ruimtevaart kan het team na een introductie in de fietsindustrie actief worden in de automobiel- en ruimtevaartsector.

 

Nieuwe markten

De komende maanden tot de eerste echte volumes zullen nog behoorlijk spannend en uitdagend worden. Callens durft al voorzichtig verder te kijken. ‘Onze productielijn wordt flexibel genoeg om pilot-projecten op te zetten voor zowel de luchtvaart als automotive. Nadeel van de luchtvaart is dat je alleen al voor de certificering van een nieuw materiaal vijf jaar nodig hebt, nog voor je kunt overgaan tot de ontwikkeling en realisatie van een product. Zo’n volledig traject duurt al gauw vijftien tot twintig jaar. Daarom is een pilot of demonstrator-project interessant om partners aan te trekken. Zij zouden dan het accreditatietraject op zich kunnen nemen en met ons kunnen samenwerken in de vorm van licentiecontracten. Waar anderen veel beter in zijn, moet je niet altijd zelf willen doen.’
Ook de automotive is een interessante markt. ‘Daar ligt de uitdaging vooral op supply chain-gebied. Willen we aan deze markt kunnen leveren, dan moeten we kunnen aantonen dat we in hoge volumes en constante kwaliteit kunnen leveren. Met onze fietsframes mikken we op 20.000 stuks per jaar, omdat we weten dat er ook 20.000 BMW i3’s in carbon per jaar zijn gemaakt. De automotive houden we dus al vanaf het begin in ons achterhoofd. Maar first things first. En dat is de productie van onze eerste fietsframes in Leuven (België).’

Duurzamer dan carbon

Koolstofcomposiet combineert een laag gewicht met een hoge sterkte en stijfheid, maar is bijzonder impactgevoelig. Rein4ced lost dit op door koolstofvezels te versterken met flinterdunne staalvezels die hiervoor speciaal werden ontwikkeld. De bestaande gunstige materiaaleigenschappen blijven behouden zonder toename in gewicht. Een kleine hoeveelheid staalvezels aangebracht op specifieke plaatsen in het materiaal, verhoogt de impactbestendigheid en dus de duurzaamheid en veiligheid.
Het staalvezel-composiet is fundamenteel beter dan traditionele hybride composietmaterialen. Combinaties met bijvoorbeeld aramide- of andere vezels vereisen minstens vijftig procent kunststofvezels om de impactbestendigheid te verhogen, maar dit gaat steeds ten koste van stijfheid. Om het nieuwe materiaal correct toe te passen en de gunstige mechanische eigenschappen maximaal te benutten, is gekozen voor een nieuw volledig geautomatiseerd productieproces voor composiet-onderdelen. Het nieuwe composietmateriaal gedraagt zich bijna zoals metaal: een impact leidt tot een compacte zichtbare deuk die de framesterkte niet in het gedrang brengt. En het gewicht van een volledig fietsframe? Ongeveer één kilogram.

Het productieproces van Rein4ced start met het automatisch leggen van de vezellagen die optimaal georiënteerd zijn om zo goed mogelijk mechanische belastingen op het uiteindelijke product op te vangen. Daarna wordt het vezelpakket opgewarmd en in een krachtige pers gevormd tot finale sub-componenten van het fietsframe.

Wetenschappelijke impact-tests tonen aan dat de impactbestendigheid van het nieuwe composietmateriaal van Rein4ced veel hoger ligt dan dat van het huidige carbonmateriaal. Het bedrijf realiseert dit door koolstofvezels te versterken met flinterdunne staalvezels die hiervoor speciaal werden ontwikkeld.

 

Reageer op dit artikel