Als productietechnologie in opkomst vraagt 3D-printen om kennis en ervaring delen. De mogelijkheden zijn eindeloos, de technische uitdagingen ook. Reden voor Innovatiecluster Drachten (ICD) om een Shared Facility Center te openen, waar bedrijven en onderzoekers gewoon samen aan de slag gaan. ICD-lid Resato doet mee en wil daarnaast in eigen huis een Drents cluster opzetten. ‘Als het onderzoek over drie jaar wordt afgerond, moeten daar nieuwe verdienmodellen uitgekomen zijn.’
In het Shared Facility Center doet Philips onderzoek naar het printen van matrijsholtes, voorzien van koelkanalen die mooi met de productvorm meelopen.
Lucas Boelen was group manager innovation bij Philips Drachten. Sinds kort is hij technology lead voor additive manufacturing (oftewel 3D-printen) bij heel Royal Philips. ‘Hoe kunnen we 3D-printen inzetten voor zinvolle innovatie’, duidt Boelen zijn opdracht. Hij was daar al langer mee bezig. ‘In het kader van het 125-jarig bestaan van Philips hebben we bijvoorbeeld een pilot gedaan met personalized scheerapparaten. Voor 125 shavers hebben we elke handle volgens een individueel design met 3D-printen (3DP) gemaakt.’
Nieuwe inzichten
In het ICD-project In3D doet Philips onderzoek met BD Kiestra Lab Automation, Irmato, Neopost Technologies en Norma. ‘We bundelden onze krachten om een metaalprinter voor ons Shared Facility Center aan te schaffen. Samenwerking is belangrijk, want 3DP is nieuw. Met partners ontstaan andere inzichten, wat deuren opent naar nieuwe applicaties. Wij hebben veel kennis van de materialen en de design rules voor 3DP en veel ervaring met prototypes en metalen matrijzen printen Neopost heeft veel ervaring met kunststof, daar leren wij weer van. Wij zijn bijvoorbeeld geïnteresseerd in het printen van robotgrippers en productdragers die fit zijn voor verschillende producten. Zodat we snel en flexibel productielijnen kunnen aanpassen. Machinebouwers als BD en Neopost hebben daar ook interesse in.’ Ook voor elektronica en functie-integratie, bijvoorbeeld het meeprinten van sensoren in een product, is 3DP een optie, zegt Boelen. ‘Dat bekijken we nog niet bij ICD, maar voor vervolgprojecten is dat wel interessant. ’ Op dit moment zijn herhaalbaarheid en reproduceerbaarheid de thema’s. ‘Denk aan de invloed van de luchtvochtigheid of verschillen in materiaalbatches. Daar moeten we meer onderzoek aan doen om tot gegarandeerde kwaliteit voor grotere aantallen te komen.’
Printfabriek
Voor Norma Drachten, onderdeel van de Norma Groep (onlangs door NTS-Group overgenomen), is 3DP een oude bekende, vertelt innovatiemanager Martin Pater. ‘Norma is gespecialiseerd in het verwijderen van materiaal, maar we kijken voortdurend naar slimme, nieuwe technologieën die aansluiten bij onze competenties, zoals 3DP. Tien jaar geleden deden we al onderzoek naar het ‘oplassen’ van platina-iridium. Met goede resultaten, al bleef de dichtheid van het geprinte materiaal een issue: 100 procent hebben we nooit gehaald. We hebben er wel veel van geleerd en interesse gehouden voor het printen van gereedschappen en producten. Daarom heb ik in ICD-verband mede aangestuurd op het In3D-project. In het Shared Facility Center kunnen we snuffelen aan de technologie, principes testen en opschalen. Wij kunnen onze kennis en ervaring inbrengen, ook op gebied van post-processing. Alles wat geprint wordt, moet worden nabewerkt; al vele jaren onze core business. Je kunt bijvoorbeeld printen met een kleine toegift die je vervolgens verwijdert met frezen, draad- of zinkvonken.’ Pater ziet Norma’s deelname in ICD-verband als opstap naar zelf investeren in 3DP-productie. Dat gaat snel gebeuren, verwacht hij. ‘De focus zal verschuiven naar het design voor de productie van grotere series. We hebben contact met Additive Industries in Eindhoven, waarvoor NTS metaalprinters bouwt. Uiteindelijk kan er hier een commerciële printfabriek uit voortkomen, onder de vlag van Norma of een externe partij.’
Polijstkwaliteit
Een andere techniek voor post-processing is electro-chemical machining (ecm). Dat werkt met een elektrode die dient als ‘tegenvorm’ voor het te maken/bewerken product. Elektrode en productmateriaal worden heel dicht bij elkaar gebracht (tot op een honderdste millimeter). In de ruimte ertussen wordt een vloeistof gebracht, die het materiaal afvoert dat onder invloed van een elektrisch spanningsverschil uit het product oplost. Een specialisme van Irmato in Drachten, dat ecm-machines en -gereedschappen fabriceert. Net als Norma heeft Irmato een historie in Philips, dat tegenwoordig – naast de Zuid-Duitse automotive – de grootste klant is. Irmato neemt om twee redenen deel aan In3D en Shared Facility Center, vertelt systeemarchitect Kees de Regt. ‘Post-processing is nodig omdat 3DP relatief ruwe oppervlakken oplevert. Met ecm kun je ze contactloos, zonder iets te veranderen aan de eigenschappen, verbeteren tot polijstkwaliteit.’ Tegelijk biedt 3DP nieuwe mogelijkheden om ecm-gereedschappen te maken met complexe vormen. ‘Het is een flexibele productietechniek, waarmee we willekeurig gevormde elektrodes kunnen maken, met toevoerkanalen voor de vloeistof die dicht aan het oppervlak lopen. Met 3DP kun je veel beter dan met bestaande maaktechnieken de stromingskanalen vormgeven die nodig zijn voor een gelijkmatige toevoer en verdeling van de procesvloeistof.’ Voor metaalprinten werkt Irmato met roestvaststaal en koperlegeringen, vanwege hun goede elektrische geleiding. Waar elektrische geleiding een rol speelt, is vaak ook isolatie nodig. ‘Daarvoor hebben wij hoogwaardige, chemisch resistente kunststoffen nodig, zoals peek. Ook die kunnen we in ICD-verband printen.’
Zonder ICD zou Irmato niet zo’n intensieve samenwerking met Philips en Norma rond 3DP en post-processing hebben, stelt De Regt. ‘Andere ICD-bedrijven hebben meer expertise in huis. Wij hadden zelf zeker niet zo’n metaalprinter aangeschaft. Wij willen de methodiek uitontwikkelen totdat die echt productierijp is, zodat we klanten kunnen bedienen met producten die in hoge mate met 3DP zijn vervaardigd. De methodiek voor het afwerken van oppervlakken willen we ook gaan vermarkten.’
Drents cluster
ICD-lid Resato International volgt de ontwikkelingen in Drachten op de voet. Maar de Assense specialist in hogedruktechnologie (onder meer waterstraalsnijders en hogedruktestmachines voor de olie & gas-industrie) gaat ook in eigen huis aan de slag met 3DP. Het bedrijf assembleert z’n machines zelf, maar heeft geen eigen productiefaciliteiten. Het koopt veel in bij toeleveranciers, waaronder verspaners. ‘Voor Resato is 3DP een fantastische nieuwe technologie’, verklaart coo Ton Driessen. ‘Daarmee zouden we onderdelen kunnen redesignen, met minder materiaal, om onze constructies lichter en tegelijk sterker te maken. De Kamer van Koophandel maakte ons erop attent dat meer Drentse bedrijven interesse hebben. Zij hebben die bedrijven bij elkaar gebracht. Met een forse eigen investering en geld van de noordelijke provincies willen we een kenniscentrum optuigen waar we een 3D-metaalprinter neerzetten. Adviesbureau Berenschot heeft ons in dat traject begeleid.’ Veertien bedrijven participeren nu in het (grotendeels Drentse) kenniscluster ‘3D Metaalprinten in Noord-Nederland’ en diverse onderwijsinstellingen haken aan. In het nieuwe pand van Resato in Assen, onlangs officieel in gebruik genomen, moet de printer komen te staan en volgend jaar operationeel zijn.
Bedrijven uit het toelevernetwerk van Resato – ‘45 procent van onze inkoop komt uit de regio’ – doen mee, meldt Driessen. ‘Zij beseffen dat 3DP een deel van de verspaning zal vervangen. Uiteindelijk gaan wij geen printer aanschaffen voor productie, maar blijven we uitbesteden. Mooi dat verspaners meedoen om te kijken wat het voor hen inhoudt.’ Als ICD-lid wil Resato kennis gaan uitwisselen met ‘Drachten’. ‘Via Berenschot hebben we ook contacten gelegd met andere 3DP-kenniscentra. Zo kunnen wij profiteren van kennis die elders al is opgedaan.’ De lat ligt hoog voor het Drentse cluster: ‘In drie jaar tijd moet het onderzoek zijn afgerond; daar moeten nieuwe verdienmodellen uitkomen voor bedrijven. Ze moeten dan betere productdesigns kunnen maken, weten wat er met materialen gebeurt bij het printen en goedkoper kunnen produceren met 3DP. Er komt veel kennis beschikbaar die elk lid van het cluster op z’n eigen manier kan inzetten.’
ICD Shared Facility Center geopend
Op 12 oktober is het ICD Shared Facility Center geopend op het terrein van Philips Drachten. Daarin niet alleen een kostbare 3D-metaalprinter (zie pagina 4 in deze special), maar ook een kunststofprinter plus twee robots. Voorts omvat het center acht bestaande en nog in te richten labfaciliteiten. Waaronder die van Resato, met een metaalprinter, en het akoestisch lab van Philips, elders op het terrein in Drachten. Studenten en wetenschappers van de betrokken kennisinstellingen en medewerkers van de ICD-bedrijven doen het onderzoekswerk. Zo groeit er een netwerk van printers, andere faciliteiten en mensen die beschikbaar zijn voor onderzoek naar nieuwe producten en productietechnieken, ook voor ondernemingen buiten ICD. Een high-end keramiekprinter staat op het verlanglijstje.
Technostarters in 3D
Diverse bij ICD betrokken technostarters doen al volop aan 3DP. Zoals de Leeuwarder start-up SymbioShape van ondernemer Tobias Strating: ‘Voor mkb-klanten die iets nieuws willen proberen, print ik prototypes. Zoals een brilmontuur of een onderdeel van een verlichtingsarmatuur. Voor het koppelstuk van een e-sigaret hadden we na acht versies het perfecte prototype. Inmiddels heeft de klant in China een grote oplage laten maken. Met 3DP heb ik voor hem het innovatietraject verkort.’
Via-via kwam Strating met ICD in contact. ‘Ik kan hun hulp inschakelen, advies vragen over financiering of groeistrategie, de kennis bij hun leden benutten, ICD-evenementen bezoeken en gebruik maken van de shared facility. Met Lucas Boelen heb ik goed contact; razend interessant wat ze met metaalprinten doen. Medische prints heb ik al in kunststof gemaakt, maar metaal biedt weer andere opties. Mede dankzij ICD onderzoek ik nu hoe ik mijn dienstverlening kan uitbreiden met metaalprinten.’
Voor een specialisme van SymbioShape, keramiekprinten, is een Ultimaker-printer omgebouwd. Strating onderzoekt samen met studenten de mogelijkheid om in Afrika met lokale klei goedkoop keramische waterfilters te printen.
Filters, maar heel andere, worden ook gemaakt door een andere ICD-technostarter in Leeuwarden, Metalmembranes. Deze spin-out van ECM Technologies, dat voortbouwt op de ecm-historie van Philips, combineert 3D-printen en ecm voor het maken van membranen voor hoogwaardige filtratietoepassingen.
