IGS GeboJagema in Eindhoven produceert hightech spuitgietmatrijzen voor drug delivery en in vitro diagnostics devices en voor opthalmic products (brillen- en contactlenzen). De focus ligt op de healthcare markt omdat hoge kwaliteit en een lange productlevenscyclus er de norm zijn. Om daaraan te voldoen werkt het bedrijf met nauwkeurige machines in geautomatiseerde productie, hanteert het een model-based werkwijze voor design, manufacturing en inspection, en verzorgt het voor klanten de validatie van hun productieproces.
De ontwikkeling van een nieuw medicijn kan wel een miljard dollar of meer kosten, verklaart Hans Arts, sales director bij IGS GeboJagema. ‘Het duurt zeven tot tien jaar om te voldoen aan de strenge eisen van regulerende instanties zoals de FDA. Dus moet zo’n medicijn vervolgens 15-20 jaar op de markt zijn om die ontwikkelkosten terug te verdienen. En al die tijd moeten matrijzen worden gemaakt en onderhouden voor het produceren van de plastic devices waarmee die medicijnen worden toegediend; denk aan insulinepennen of inhalers voor astmapatiënten.’ Daar komt bij dat aan die medische producten hoge kwaliteits- en veiligheidseisen in productie en documentatie worden gesteld.
In deze uitdagende markt is IGS GeboJagema (circa 100 medewerkers en 33 miljoen euro omzet in 2018) met zijn hooggeautomatiseerde productie van hightech matrijzen een voorloper. De producttoleranties liggen op een eenhonderdste millimeter (oftewel tien micrometer) of minder, vertelt CTO Rob van den Brand. ‘Dat is voor kunststof extreem nauwkeurig. Daarnaast moet de visuele kwaliteit zeer hoog zijn. Bij medische producten leidt zelfs het kleinste vliesje als gevolg van een matrijs die niet perfect sluit tot afkeur. In een inhaler bijvoorbeeld mogen absoluut geen vliesjes loskomen. Bovendien gaat het vaak om multi-cavity matrijzen, die in één keer 8, 16 of zelfs 32 producten maken. Die moeten binnen een zeer nauwe marge exact overeenkomen.’
Model-based
De basis voor deze hoge kwaliteit ligt in de automatisering van het gehele productcreatieproces, schetst Arts. ‘We werken sinds 2015 papierloos. De operator roept op zijn schermen de actuele tekeningen op. Voorheen konden bij het gebruik van papieren tekeningen nog wel eens wijzigingen worden gemist. Van die 2D-tekeningen nemen we nu ook digitaal afscheid. Voortaan werken we bij het ontwerpen, CAD, alleen nog met 3D-modellen. Bij model-based design staat alles in de 3D-file, inclusief de informatie over oppervlakteafwerking en vereiste toleranties. Dit resulteert in tijdsbesparing en kwaliteitsverbetering, want er gaat geen informatie meer verloren bij het omzetten van 3D naar 2D. De volgende stap is dat we voor productie, CAM, de programmering zoveel mogelijk automatiseren. Dat zorgt weer voor tijdsbesparing en eenduidigheid in de programma’s. Dankzij model-based manufacturing hoeven de programmeurs niet telkens weer hetzelfde kunstje te programmeren, maar kunnen ze als process engineers meer tijd stoppen in technologieontwikkeling, bijvoorbeeld voor nieuwe productiemiddelen of efficiëntere bewerkingen. Tot slot gaan we richting model-based inspection. Op basis van de 3D-geometrie van een product wordt het meetprogramma automatisch gegenereerd, waarin direct de juiste toleranties zijn opgenomen.’
Validatie
Met deze integrale model-based aanpak heeft IGS het productcreatieproces goed georganiseerd. But the proof of the pudding is in the eating. Daarom verzorgt IGS de validatie van nieuwe matrijzen, verklaart Rob van den Brand. ‘Voor elke klant tonen we aan dat de ‘first out of tool’ producten voldoen aan de eisen. Voor sommige klanten gaan we nog verder en doen we bijvoorbeeld een operational qualification study, waarbij we op spuitgietmachines hier in huis lange productieruns uitvoeren, allerlei metingen verrichten aan de producten en de vereiste documentatie verzorgen. De laatste stap is de performance qualification, die altijd bij de klant in diens productieomgeving moet plaatsvinden. Ook dat kunnen wij desgewenst verzorgen: het inrichten van het complete productieproces en het doorlopen van alle testen. De klant hoeft daarna nog slechts op start te drukken.’
Steeds meer klanten, oem’ers die zelf produceren of hun system suppliers, kiezen ervoor om zoveel mogelijk bij IGS neer te leggen, vult Arts aan. ‘Zij vinden dat hun machines moeten produceren en niet dienen voor validatie, want dat is eigenlijk stilstand en kost hun geld. Dus die validatie mogen wij in eigen huis doen en als klanten bijvoorbeeld een nieuwe machine kopen voor een nieuw product, dan zetten ze die eerst bij ons neer. Voor deze validatie gebruiken wij de process optimisation methodiek Pro-Op, die de University of Cambridge tien jaar geleden heeft ontwikkeld en die wij verder hebben uitgewerkt tot ons concept van ‘scientific moulding’.’
Vijf-assig frezen
Het proces kan nog zo goed georganiseerd zijn, de machines moeten wel leveren. Voor het produceren van hoogwaardige matrijzen uit gehard staal zet IGS al vele jaren drie-assige high-speed milling machines in van het Japanse Makino. De volgende stap is vijf-assige machines, die meer vrijheidsgraden hebben en daardoor nog complexere en nauwkeurigere matrijzen kunnen maken. Twee jaar geleden ging IGS daarvoor met Makino in zee, meldt Van den Brand. ‘Zij hebben hun nieuwe vijf-assige high-speed milling machine bij ons geplaatst, de eerste in Europa. Gezamenlijk hebben we een half jaar gewerkt om de machine op het gewenste niveau te brengen en vervolgens nog een half jaar om productie op die machine in een geautomatiseerd proces onder te brengen. Met succes, want inmiddels hebben we er al drie vijf-assige machines bij geplaatst.’ Arts vult aan: ‘Met een nauwkeurigheid van twee micrometer ‘gewoon’ frezen is al moeilijk. In gehard staal met alleen luchtkoeling, omdat waterkoeling voor vervuiling zorgt, en dan geautomatiseerd, dat is bijna onmogelijk. Toch is het ons gelukt. Onze process engineers hebben een afnameprotocol ontwikkeld voor het compleet testen van alle facetten van deze machine. Makino, dat als Japans bedrijf zeer kwaliteitsgedreven is, heeft dat geaccepteerd als het standaard-afnameprotocol voor hun machine. Daar zijn we trots op.’
Investeren
Op weg naar Industrie 4.0 zit IGS GeboJagema al vele jaren op een hoog investeringsniveau, met name voor nieuwe machines. Tevens is vorig najaar een nieuw Customer Service Centre geopend. Daar staan de spuitgietmachines voor validatie, vertelt Arts. ‘Er komen nog nieuwe machines bij, want we blijven de ontwikkelingen op spuitgietgebied bijhouden. Nieuwe investeringen staan ook gepland in nauwkeurige nabewerkingen, zoals harddraaien, en in meetmachines. Verder zijn we een onderzoek gestart naar de mogelijkheden van 3D-printen – voor de derde of vierde keer al. Met 3D-printen, gevolgd door nabewerking, willen we nog complexere matrijsonderdelen kunnen maken en de inwendige koeling optimaliseren door het printen van koelkanalen die de vorm van het product volgen. Wij zijn early adopters maar zullen pas in 3D-printen stappen als aan drie voorwaarden is voldaan: het printen van materialen zoals gereedschapsstaal is mogelijk, het printen levert een homogeen resultaat op en de nauwkeurigheid is hoog genoeg.’
Display
Nauwkeurigheid blijft altijd een issue bij matrijzen, ook in de niet-medische markt. Die was in 2018 goed voor een bescheiden zeven procent van de omzet van IGS GeboJagema, maar helpt wel bij het blijven uitdagen van de process engineers. Een recent voorbeeld betreft een head-up display voor in de auto, die een vormnauwkeurigheid van drie micrometer moet hebben over het complete oppervlak. ‘Die display dient exact dezelfde curvature te hebben als de voorruit en die is bij elk type auto weer anders, dus zullen hier veel matrijzen voor nodig zijn. We hebben een tijd gestoeid met het maken van de eerste matrijs voor zo’n head-up display en vorige maand is het ons gelukt.’ Another appealing display of IGS GeboJagema’s competences.
