Eerste Smitzh-kiemproject succes: mallen in 6 weken 3d-printen

Alexander Pil
6 mei

Samen met het Fieldlab Ramlab onderzochten Airproducts, Fokker en Voestalpine of de 3d-printtechnologie uit het fieldlab een oplossing kan bieden in het versnellen van de productie en reparatie van metalen mallen. Om de onderzoekskosten te beperken, maakten de partners hiervoor gebruik van een kiemprojectvoucher van het Zuid-Hollandse innovatieprogramma Smitzh. De resultaten zijn veelbelovend. Het project leverde het bewijs dat mallen slechts in een kwart van de oorspronkelijke productietijd kunnen worden gemaakt. Ook zagen de partners de kosten afnemen tegen een toename in productkwaliteit en werden er inzichten opgedaan om mallen gerobotiseerd te repareren.

Fieldlab Ramlab bestaat uit een consortium van bedrijven dat met elkaar de mogelijkheden van het on demand 3d-printen van metaal wil testen, valideren en certificeren. Ramlab maakt hiervoor gebruik van zogenaamde Wire Arc Additive Manufacturing-technologie. Dit is een techniek waarbij lasrobots metaal 3d-printen door lasrupsen op elkaar te lassen. De lasrobots zijn van het Zuid-Hollandse Valk Welding.

Fokker, een van de bedrijven uit het consortium, bracht vorig jaar een onderzoeksbehoefte in rondom de productie en reparatie van metalen mallen. Omdat Voestalpine draden levert die nodig zijn voor het lassen; en Airpoducts gas levert om de draden te kunnen lassen, zagen zij heil in een gezamenlijk kiemproject. Via Ramlab dienden ze bij Smitzh een verzoek in om te onderzoeken of de slimme 3d-printtechnologie uit het Fieldlab een oplossing kan bieden in het versnellen van de productie en reparatie van de mallen, die traditioneel worden gegoten en/of verspaand.

Ongezond werk

In de maakindustrie gebruiken diverse bedrijven zoals Fokker grote metalen mallen voor composiet onderdelen. Maar denk bijvoorbeeld ook aan bedrijven die metalen onderdelen voor auto’s en vliegtuigen smeden (forging dies). De productie en reparatie van deze metalen mallen kent een aantal problemen. Allereerst is de levertijd erg lang. Deze ligt rond de zes maanden.

Renishaw

Metalen mallen die worden ingezet voor de productie van grote, sterke metaalonderdelen, slijten snel. Door de hitte en het contact tussen de twee metalen versmelten en scheuren de mallen. Na zo’n vijfhonderd keer stampen zijn ze al niet accuraat genoeg meer en moeten ze worden gerepareerd. Zeer gevaarlijk en ongezond handmatig werk met hoge kosten.

Simulatie van een reparatie van een smeedstuk met Waam-technologie op een Valk Welding E-frame.

Ook het maken van nieuwe mallen voor composietonderdelen heeft zijn uitdagingen. De mallen die Fokker gebruikt, zijn groot en moeten zowel tegen opwarmingen als afkoelingen kunnen. Een grote mal vraagt om een groot gegoten blok dat vervolgens moet worden verspaand. Veel materiaal gaat hiervan verloren tijdens het frezen. Een kostbaar en onhandelbaar zwaar proces.

Opschalen

Na toekenning van het voucher gingen de vier partijen in een periode van ongeveer drie maanden aan de slag met het kiemproject. Eerst door te praten, bijvoorbeeld over hoe de huidige technologieën de problemen veroorzaken. Vervolgens door daadwerkelijk een demo op te leveren waarmee kleinschalig kon worden aangetoond of de Waam-technologie het repareren en produceren kan verbeteren. Bij die demo werd een onderdeel van een mal met dezelfde geometrie gebruikt om te onderzoeken waar men tegenaan liep en wat de resultaten waren.

‘Bij de ontwikkeling en toepassing van nieuwe technologieën zien bedrijven vaak op tegen de hoge investeringen’, weet Vincent Wegener van Ramlab. ‘Het laagdrempelig en stapsgewijs bijeenbrengen van verschillende partijen om de kosten te verlagen, is de manier van werken voor Ramlab. Na zo’n eerste zetje en positieve resultaten is de beslissing om voor vervolgonderzoek, veel makkelijker gemaakt.’

Alle partijen konden waarde halen uit de resultaten. Het prototype voor Fokker toont aan dat mallen kunnen worden geproduceerd binnen zes weken in plaats van zes maanden. Voestalpine leverde het project inzicht op in de draden die geschikt zijn voor een dergelijke toepassing. Met de hulp van Airpoducts is het proces verder geoptimaliseerd om de benodigde kwaliteit te behalen.

‘Het gebruik van additieve productietechnieken voor mallen levert niet alleen voordelen van korte doorlooptijd en lagere kosten, maar ook de mogelijkheid om een beter product te leveren met een grotere functionaliteit door gebruik te maken van de grotere ontwerpvrijheid die ze bieden’, zegt Marko Bosman van Fokker.

Fokker gaat nu verder met een vervolgonderzoek om te kijken hoe het project kan worden opgeschaald en de technologie kan worden geïmplementeerd. Ramlab is nu in contact met een aantal Europese smederijen om onderdelen via deze nieuwe techniek te repareren. Door toepassing van de slimme techniek met de lasrobots en het 3d-metaalprinten zouden deze werkzaamheden ook weer lokaal plaats kunnen gaan vinden.