Additive manufacturing

Additive manufacturing is een productiemethode waarbij voorwerpen op verzoek worden vervaardigd op basis van een digitaal model zonder gebruik te maken van een mal. Additive manufacturing ook wel 3D-printen genoemd, heeft gezorgd voor een revolutie in de productiecentra dankzij efficiëntere en kosteneffectievere processen.

In dit artikel wordt ingegaan op additive manufacturing, wat het is, hoe het productieketens verbetert en meer specifiek de rol ervan in logistiek 4.0.

Wat is additive manufacturing?

Additive manufacturing is een productiesysteem dat gebruik maakt van Computer Aided Design (CAD) en 3D-scanners. Dit nieuwe fabricageconcept is erop gericht voorwerpen te maken door laag voor laag materiaal toe te voegen, meestal metaal of kunststof.

In tegenstelling tot de traditionele fabricagemethoden, wordt bij deze werkwijze geen materiaal verwijderd tijdens het fabricageproces, de zogeheten subtractieve productie. Wanneer additive manufacturing wordt toegepast op massaproductie, kunnen de kosten worden verlaagd, kunnen fouten worden voorkomen en kan men sneller en met grotere nauwkeurigheid produceren.

Deze procedure wordt tegenwoordig vooral gebruikt in sectoren waar maatwerk en precisie essentieel zijn. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt voor de vervaardiging van implantaten of chirurgische instrumenten voor de gezondheidssector of onderdelen en componenten voor de lucht- en ruimtevaartindustrie.

Over het algemeen wordt additive manufacturing geassocieerd met 3D-printen, maar dit is niet op alle punten identiek. Additive manufacturing verwijst naar de productie van nieuwe, complexe en duurzame onderdelen in een industriële context, met gebruikmaking van materialen zoals metaal, terwijl 3D-printen additieve productie betreft, die de vervaardiging van voorwerpen mogelijk maakt, die bedoeld zijn voor huishoudelijk gebruik.

De verschillende technologieën voor additive manufacturing

Additive manufacturing is een technologie die voortdurend in ontwikkeling is. De huidige additieve productieprocessen worden onder de loep genomen:

• Stereo Lithography Apparatus (SLA): de eerste techniek voor additive manufacturing die is ontwikkeld. Dit procédé maakt gebruik van vloeibare hars die door UV-straling wordt gehard.
• Selective Laser Sintering (SLS): dit additieve productieproces, dat eind jaren tachtig aan de universiteit van Texas is ontwikkeld, maakt gebruik van een laser om lagen kunststofpoeder samen te voegen en zo nieuwe voorwerpen te maken.
• Fused Deposition Modeling (FDM): dit productieprocédé is het meest bekend omdat het gebruiksvriendelijk en goedkoop is. Deze techniek - gepatenteerd onder de naam FDM - maakt het mogelijk prototypes te vervaardigen en op kleine schaal voorwerpen te maken.
• Binder Jetting: dit procédé bestaat erin een bindmiddel op een poederbed aan te brengen dat de poederdeeltjes bindt en zo een solide voorwerp vormt.
• PolyJet of Material Jetting: dit is een apparaat met een gerichte laser, dat materiaal deponeert op een laag metaalpoeder. Dit proces wordt gebruikt om prototypes te maken en afgewerkte metalen onderdelen te vervaardigen, die al na enkele dagen volledig functioneel zijn.

Hoewel er veel technieken zijn waarbij metaal en plastic worden gebruikt om objecten laag voor laag op te bouwen, experimenteren steeds meer bedrijven met andere materialen, waaronder voedsel.

Wat zijn de vereisten voor additive manufacturing?

Additive manufacturing vereist een werkstation dat is verbonden met het productiecentrum voor het doorlopend ontwerpen en programmeren van de voorwerpen. Een onderneming die van deze nieuwe technologie gebruik wenst te maken, moet derhalve beschikken over:

Een 3D-computerprogramma, dat wil zeggen een computer-aided design (CAD) oftewel een computerondersteund ontwerpprogramma.

Een apparaat voor additive manufacturing, zoals een 3D-printer.

Een toeleveringsketen voorzien van de grondstoffen die nodig zijn voor de grootschalige productie van artikelen. Oftewel, de kunststof of het metaal dat in lagen zal worden toegevoegd om het uiteindelijke object te creëren.

Hoe werkt additive manufacturing?

Het proces van materiaaltoevoeging bestaat uit vijf fasen:

1. De vervaardiging van een 3D-model van het te reproduceren voorwerp. Het werkstation moet uitgerust zijn met een computer en CAD-software.

2. Het in de software aangemaakte bestand wordt omgezet naar een formaat dat het object virtueel in opeenvolgende lagen opsplitst. Het wordt meestal omgezet naar Standard Triangle Language (STL).

3. Dit bestand moet worden overgezet naar de 3D-printer of -machine die het uiteindelijke voorwerp zal reproduceren.

4. De machine drukt vervolgens, laag voor laag, het aantal artikelen af dat op het werkstation is ingevoerd.

5. Na een bepaalde afkoeltijd, die in overeenstemming is met de veiligheidsnormen, haalt de operator het exemplaar van de productielijn, dat klaar is om naar de opslag- of verzendzone te worden gebracht.

Wanneer het product in de CAD-software is ontworpen, gebruikt de productielijn het digitale model voor de massaproductie, waardoor deze fase sneller verloopt en de efficiëntie en nauwkeurigheid toenemen.

De voordelen en nadelen van additive manufacturing

Additive manufacturing is een vernieuwende techniek met vele voordelen:

• Nauwkeurigheid bij het ontwerpen en produceren: 3D-modellering vermindert de fouten die in het fabricageproces kunnen optreden.
• Flexibiliteit, snelheid en aanpassingsvermogen: dit productiesysteem vereist alleen een computer, software en een machine voor additive manufacturing. Hierdoor kunnen eenvoudige productielijnen in magazijnen worden geïntegreerd.
• Vermindering van logistieke en productiekosten: kits en producten kunnen worden gemaakt van materialen zoals kunststof en metaalpoeders. Hierdoor wordt de economische impact van de productiefase geringer en vervalt het vervoer tussen het productiecentrum en het logistieke distributiecentrum.
• Personalisering van het product: het hierboven besproken ontwerp biedt de mogelijkheid het product te modelleren op basis van de behoeften van de klant, hetgeen zal resulteren in een verbetering van de kwaliteit van de dienstverlening en van het merkimago van de onderneming.

In de context van omnichannel en Industrie 4.0, waar bedrijven steeds meer bestellingen per dag moeten afhandelen in minder tijd, maakt additive manufacturing het mogelijk om te produceren naargelang de vraag, de zogenaamde just in time of JIT-methode. Artikelen op maat gemaakt, zonder dat er een voorraad hoeft te worden aangelegd. Additive manufacturing heeft echter ook een aantal nadelen:

• Hoge initiële kosten: de toepassing van procédés waarbij van deze technologie gebruik wordt gemaakt, impliceert voor de ondernemingen een aanzienlijke investering, met name in de machine die wordt gebruikt om het model van het product te maken.
• Beperkte materiaalkeuze: momenteel kunnen bij additive manufacturing alleen kunststof en metaal voor massaproductie worden gebruikt.
• Poreusheid van het oppervlak: de gangbare additieve productieprocessen leveren onderdelen op met een poreusheid die met het blote oog moeilijk waarneembaar is, maar die wel tot defecten kan leiden.

Toepassingen van additive manufacturing in magazijnen

Steeds meer bedrijven besluiten om additive manufacturing in hun productieproces in te voeren. Dit proces garandeert lagere bedrijfskosten, een efficiëntere productielogistiek en een eindproduct van hogere kwaliteit.

De mogelijkheid om een digitaal op maat gemaakt onderdeel te ontwerpen en te vervaardigen is aantrekkelijk, en haalt ondernemingen over om voor dit type productiesysteem te kiezen. Additive manufacturing werkt immers zowel voor massaproductie als voor de vervaardiging van op maat gemaakte voorwerpen overeenkomstig de behoeften van de klant.

Sectoren als de gezondheidszorg en de lucht- en ruimtevaart hebben dit type procédé dan ook reeds in hun faciliteiten geïmplementeerd. De duurzaamheid van de kunststof en het metaal, in combinatie met de hygiënische eisen die aan het productieproces worden gesteld, garanderen een eindproduct van de hoogste kwaliteit.

De automobielindustrie past 3D-productie reeds toe in talrijke processen. Zo verwerkt het McLaren Formule 1-team 3D-geprinte onderdelen in zijn racewagens.

Additive manufacturing: efficiëntie in het productiecentrum

Momenteel is 3D-printen de populairste methode voor de productie van industriële voorwerpen, maar andere technieken op het gebied van additive manufacturing hebben het potentieel om een revolutie teweeg te brengen in alle bestaande productiemethoden. De implementatie van deze processen in de productiecentra vormt een groot voordeel voor de logistiek. Tot de meest in het oog springende voordelen van deze technologie behoren:

• Verlaging van de productiekosten.
• Minder voorraden.
• Personalisering van producten zonder de noodzaak van extra werkstations.

Weinig hulpmiddelen zijn nodig voor de implementatie. Met een computer, software voor computerondersteunend ontwerpen en een machine voor additive manufacturing, kunnen ondernemingen eenvoudige productielijnen in hun eigen magazijnen integreren. Wilt u hierover verder praten? Neem dan contact met ons op.