Voor Installatiejournaal schreef ik een artikel over de mogelijkheden van 3D-printing voor deze sector en wat we er in de toekomst nog van kunnen verwachten. Ik sprak daarvoor met Jouke Verlinden van de TU Delft en met Hans Boks van ABB.

Zoekt u een journalist/tekstschrijver/redacteur voor uw medium? Neem gerust vrijblijvend contact op om de mogelijkheden te bespreken.

3D-printing in de praktijk

‘3D-printing heeft in 2015 een groeimarkt van 45 miljoen euro in Nederland’, schatte AbnAmro in Insights begin dit jaar. Dit is slechts een fractie van de totale industriële productie (0,045%), maar de nu nog kleine markt groeit ongeveer dertig procent per jaar. Een enorm groeipotentieel Wat is er momenteel al mogelijk en hoe kan de industrie hier nu al op inspelen?

Onderzoeker Jouke Verlinden van de faculteit Industrieel Ontwerp aan de TU Delft volgt al jarenlang de ontwikkelingen en trends rond 3D-printing op de voet. “Je ziet dat digitale fabricagetechnieken in het algemeen – denk bijvoorbeeld aan CNC frezen en lasersnijden – steeds belangrijker worden. Op dit moment is het echter nog enigszins zoeken waar de additieve technieken het meest tot hun recht zullen komen. Vooralsnog zijn dat vooral de gebieden waar met erg kleine seriegroottes moet worden gewerkt zoals niet vaak voorkomende reserveonderdelen, producten met een persoonlijke decoratieve functie en de zogenaamde probleemprojecten.”
Verlinden geeft een aantal voorbeelden. “Waar op dit moment nog wordt gewerkt met erg gecompliceerde aansluitingen en maatwerk waar een vakman een hele tijd mee bezig is, kan straks in een half uur de klus worden geklaard met een geprint product. Voor specifieke niet-standaard toepassingen worden 3D-producten een goed alternatief. Let wel, werkt iets goed op een eenvoudige manier met een andere techniek, zoek dan niet je heil in 3D-printing.”
De TU Delft experimenteerde zelf ook met 3D-printing. Ze ontwierpen onder meer contactdozen die de hoek om gaan (zie foto). “Achter contactdozen ligt een hele infrastructuur die zijn succes al heeft bewezen en waar je het beste niets aan verandert zolang het elektriciteitsnetwerk an sich niet verandert. Maar wanneer het gaat om decoratie of wanneer je een product goed wil laten aansluiten op de omgeving, dan is 3D wellicht een goede keus. Het is momenteel misschien nog wat duurder, maar ik zie de prijzen tussen de verschillende technieken al naar elkaar toelopen en 3D-printing kan bij sommige toepassingen al concurreren met andere technieken, afhankelijk van het gekozen materiaal.”

Mengvorm

Het materiaal waarmee men kan printen, is momenteel nog beperkt, weet Verlinden. “Met ongeveer 400 materialen kan al worden geprint. Dat staat in groot contrast met de ongeveer 40.000 materialen waarmee producten met andere technieken kunnen worden geproduceerd. Maar de zoektocht naar een heel goed basismateriaal van kunststof, metaal of keramiek om mee te printen verloopt vlot en de ontwikkelingen volgen elkaar snel op. Ook komen er stilaan meer mogelijkheden om met bijvoorbeeld composieten of met mengvormen van elektrisch geleidend materiaal en isolerend materiaal te printen, de zogenaamde multi-materialen. Met deze laatste combinatie kunnen dan producten worden gemaakt die je eenvoudig kunt inbouwen zoals een schakelaar die geen extra aansluiting nodig heeft omdat deze verder draadloos is. De overlapping van 3D-printing met elektronica en sensoren wordt heel interessant en daar zie ik enorm veel potentie, net als de combinatie met robotica. Maar welke toepassingen er concreet op de markt zullen komen, is op dit moment nog lastig te voorspellen.”

Open source

Het lijkt erop dat 3D-printing geleidelijk aan zijn weg zal vinden in de industriële sector, maar er is ook nog een aantal hobbels op de 3D-weg, stelt de onderzoeker. Copyright of intellectueel eigendom is zo’n hobbel. “Het onderzoek en de ontwikkelingen rond 3D-printing hebben een hoog open source gehalte. Digitaal fabriceren is daarom enigszins te vergelijken met wat in de muziekindustrie is gebeurd. Als iemand anders ergens in de wereld mijn oplossing voor 3D-printing ook wil gebruiken, dan zouden daar een soort credits voor moeten worden gekocht. Een dergelijk systeem is er nu nog niet, maar dit is een aspect dat we aan de TU Delft onderzoeken. Het zou het delen van kennis alleen maar ten goede komen. Nog te vaak worden slimme oplossingen bedacht die alleen intern worden gebruikt terwijl je ze wel wereldwijd zou kunnen inzetten.”

Certificering

Nog een moeilijkheid rond 3D-printing is certificering, gaat Verlinden verder. “Je wilt een klant een betrouwbaar product met een bepaalde levensduur kunnen bieden en niet een geprint product dat na twee jaar weer moet worden vervangen omdat niet het juiste materiaal is gekozen. Daarvoor is certificering nodig. Instanties als Kema en TNO hebben dit aspect op hun agenda staan. In de medische wereld – waar geprinte protheses al volop worden gebruikt – is het goedkeuringstraject al afgerond, maar dit zal nu ook voor de industrie moeten gebeuren. Mijn verwachting is dat dit binnen nu en vijf jaar is geregeld.”
Vijf jaar wachten als installatiebedrijf vindt Verlinden echter geen optie. “Ik zou alle bedrijven aanraden om in ieder geval nu al een aantal prints te maken, bijvoorbeeld via een 3D-hub. Het is niet alleen leuk maar vooral ook belangrijk om ervaring en kennis op te doen en er met een open blik naar te kijken. Waar je als installatiebedrijf nu misschien nog geen mogelijkheden ziet binnen het eigen bedrijf, zijn die er wellicht morgen of overmorgen wel. De techniek en ontwikkelingen volgen elkaar snel op, dus op de hoogte blijven is het minste wat je kunt doen.”

Commercieel

Een bedrijf dat de commerciële stap naar 3D-printen al heeft gemaakt, is leverancier van elektrotechnisch materiaal ABB. Het bedrijf besloot eind 2014 om in te stappen in de 3D-printtechniek en geprinte producten aan klanten aan te bieden. “We wilden de boot niet missen. Nu is er nog tijd en gelegenheid om erin te groeien vóór de techniek echt heel groot wordt”, vertelt Hans Boks, product marketing director bij ABB.
Het bedrijf begon eerst met de productie van prototypes voor zichzelf, om zich vervolgens ook te richten op klanten. “Het proces van vraag tot product kan heel snel verlopen”, geeft Boks aan. “Klanten komen met diverse vragen bij ons. We toetsen daarbij altijd eerst of hun verzoek met onze standaardproducten is op te lossen. Is dit niet mogelijk, dan bedenkt onze R&D-afdeling een aantal mogelijke oplossingen in de vorm van 3D-computerschetsen. Na goedkeuring van deze schetsen printen we een prototype. Als dit naar wens van de klant is en we zijn het eens over de kostprijs, gaan we aan de slag met het printen van een serie voor deze klant. Dit proces, van vraag tot het daadwerkelijke printen, duurt doorgaans slechts enkele werkdagen.”
Direct klantencontact, co–creatie en snel schakelen zijn hierbij de sleutelwoorden, weet Boks uit ervaring. ‘Dat snelle schakelen was voor ons in het begin één van de grootste uitdagingen. Er wordt niet alleen van je verwacht dat je met de klant meedenkt, maar ook dat je heel snel kunt reageren door flexibel te zijn met de inzet van R&D-mensen. Hun capaciteit moet je snel beschikbaar kunnen maken.”

Oplossingen

De verzoeken die ABB krijgt, zijn velerlei en komen uit diverse hoeken binnen de elektrotechnische branche, van fabrikanten van betonvloeren tot installateurs met installatieproblemen. Boks geeft een aantal voorbeelden. “Een klant wilde een centraaldoos in tunnelgietbouw toepassen, maar er bestond geen goede manier om deze te bevestigen op een tunnelbekisting. Met de 3D-printer ontwikkelden we een hulpstuk dat dit wel mogelijk maakte. Een andere klant, fabrikant van betonvloeren had de wens om te werken met inbouwdozen met een schuine tuit in plaats van een rechte. Bij de rechte tuiten was hij steeds genoodzaakt het betonijzer eerst te buigen vooraleer de buizen op de inbouwdozen konden worden aangesloten. Na het printen van een aantal dozen met schuine tuiten bleek deze oplossing bijzonder goed te werken en werd de vraag steeds groter. Uiteindelijk werd het aantal stuks zodanig groot dat we deze dozen via spuitgieten met een matrijs in productie hebben genomen.”

Kosten

Voor grote productieseries is 3D-printing met andere woorden minder interessant. Bij spuitgieten heb je een bepaalde seriegrootte nodig om de matrijzen te kunnen terugverdienen. Bij 3D-printing is dat niet het geval, maar is de techniek an sich doorgaans duurder. “De kostprijs van 3D-printen hangt daarbij sterk af van de grootte van het product, het materiaal dat je gebruikt om te printen en de hoeveelheid supportmateriaal dat je nodig hebt omdat je niet in de lucht kunt printen. Boks: “De prijs van geprinte producten is door deze factoren vaak een veelvoud van wat we vragen voor spuitgieten, maar je moet wel naar het totaalplaatje kijken. Als je met een 3D-va0riant snel een oplossing kunt bieden waarmee de afnemer weinig tijd verliest of minder kosten maakt, creëer je eveneens waarde.”
Een tussenoplossing kan trouwens ook nog. “Op het moment dat je je afvraagt wanneer spuitgieten nog interessant is en wanneer 3D-printing interessant wordt, kun je ook kijken of het mogelijk is om niet het product maar de matrijzen te printen. Je kunt van het product weliswaar maar enkele tientallen of honderden exemplaren maken vanwege het materiaal van de 3D-geprinte matrijs – maar wellicht is het voor sommige klanten de beste oplossing.”
Lucratief

Een zeer lucratief verdienmodel is evenmin het hoofddoel van deze business, besluit Boks. “We willen juist meer klanten kunnen bedienen met oplossingen. Je ziet dat in de bouw steeds meer aannemers en ontwerpers eigen concepten doorvoeren waaraan de installateur zich moet zien aan te passen. Die zal af en toe oplossingen moeten vinden om zich te conformeren aan deze technieken terwijl de schaalgrootte tegelijkertijd erg klein is. Daarvoor is 3D-printing uitermate geschikt. Groeien bepaalde concepten uiteindelijk toch uit tot grotere concepten, dan ga je weer over op andere technieken zoals spuitgieten. Maar in eerste instantie is het wel noodzakelijk om hierin flexibel mee te denken en dat op kleine schaal te kunnen doen. Kortom, voor ons is 3D-printing geen doel op zich, maar juist een middel om klanten te kunnen helpen en ons flexibel op te stellen zodat een co–creatie ontstaat waarin gezamenlijk voor de beste oplossing wordt gekozen.”

 

 

Voor- en nadelen van 3D-printen

VOORDELEN
+Van idee tot geprint product kan heel snel
+ Voor gecompliceerde projecten kan 3D-printing handige hulpmiddelen printen
+ Je hoeft niet te investeren in een dure mal voor spuitgieten als het gaat om kleine seriegroottes
+ De ontwikkelingen volgen elkaar snel op, er kan steeds meer
+ de kostprijs rond 3D-printen daalt. Het wordt geleidelijk aan concurrerend met andere technieken

NADELEN
–De materiaalkeuze is nog beperkt
-Er is soms ondersteunend materiaal nodig bij het printen
-De kosten van het product zijn hoger dan bij andere technieken
-De grootte van het geprinte product is beperkt – Het moet kleiner zijn dan de grootte van de printer
-Je moet rekening houden met andere materiaaleigenschappen
-Zaken als certificering en intellectueel eigendom vormen nog een uitdaging