‘Materiaalkennis noodzaak voor ontwerpers’

Invar en Duplex waren dit jaar onderwerp van het halfjaarlijkse colloquium over materialen van Hittech University. Cor Heijwegen vertelt over het belang van materialen voor hightech Nederland.

Jessica Vermeer
30 juni

De potloden zijn geslepen en de klappers liggen klaar, want we gaan naar school vandaag. Althans, naar Hittech University. Cor Heijwegen, medeoprichter van de Hittech Group, heeft de University een paar jaar geleden intern opgericht. Een van de activiteiten die het bedrijf organiseert, is een halfjaarlijks colloquium over speciale materialen. Klanten zoals ASML en VDL ETG en ontwerpers en operators binnen Hittech zijn te gast.

Het belangrijkste doel van het colloquium is om materiaalkennis te verhogen, en kennis en ervaring bijeen te brengen. Daarnaast wil Hittech de ontwerpers confronteren met de problematiek die gepaard gaat met de materiaalkeuze voor een applicatie en ze uitleggen dat ze de basiskennis moeten beheersen, zodat ze de juiste keuze kunnen maken. ‘Wij vinden dat het kennisniveau hoger moet worden’, legt Heijwegen uit. ‘Ontwerpers moeten beseffen met welke factoren ze rekening moeten houden. Ze moeten heel vroeg in het ontwikkelproces de juiste vragen stellen. De ontwikkelaars moeten weten bij welke expert ze moeten aankloppen en begrijpen wat hij zegt.’

Koen Mentink van Hittech Bihca legde uit waarop je moet letten bij de bewerking van materialen.

Een tweede doel is om de wetenschappelijke theorie te verbinden met de praktijk. Hittech kiest telkens voor een of twee materialen waar het tijdens het colloquium dieper op ingaat. Vorige keer was dat titaan, dit keer draait het om Invar en Duplex. Hittech nodigt ook klanten uit. ‘Dat maakt dat er een goede wisselwerking kan zijn’, aldus Heijwegen. ‘We hebben een goede samenwerking met de afdeling 3ME van de Technische Universiteit Delft. Van daaruit treden er hoogleraren en hoofddocenten op in het colloquium.’ Dit keer verzorgde universitair hoofddocent Erik Offerman een introductie over Invar en andere nikkel-ijzerlegeringen. Daarnaast gaf professor Ulrich Krupp van RWTH Aachen een lezing over de bewerking, eigenschappen en faalmechanismen van duplex roestvaststaal. Koen Mentink van Hittech Bihca en Ard Geelkerken van Hittech Multin spraken respectievelijk over het bewerken van materialen en value engineering.

Hittech en Heijwegen zijn zeker niet de enigen in de hightechindustrie die vinden dat een hoger niveau van materiaalkennis bij ingenieurs van groot belang is. Als er verkeerde keuzes worden gemaakt, kan dat grote gevolgen hebben. Eind 2018 schreven vertegenwoordigers van Hittech, ASML, Thermo Fisher en VDL ETG een gezamenlijk brief aan de decaan van 3ME van de TU Delft, waarin ze vroegen om meer aandacht voor materiaalkunde in de curricula. Hieruit is een werkgroep ontstaan met vertegenwoordigers van de Delftse universiteit en de industrie. Eerdergenoemde bedrijven geven nu gastcolleges over de praktijk en leveren onderwerpen voor projecten.

Binding met materialen

Heijwegen had ruime ervaring als ondernemer voordat hij zich met Hittech op de hightechindustrie richtte. In 1973 begon hij bij Hoogovens en in 1989 werd hij divisiedirecteur van Hoogovens Industriële Toeleveringsbedrijven. Na een managementbuy-out in 1994 werd de helft van de divisie overgenomen en het aantal bedrijven sterk uitgebreid en verdeeld in vijf groepen. Vanaf 2000 werden vier groepen verkocht. De laatste groep, slechts drie machineshops en een gieterij, werd in 2004 de start van de Hittech Group.

De lezing van professor Ulrich Krupp van RWTH Aachen ging over duplex roestvaststaal.

‘We vonden de hightechindustrie buitengewoon interessant’, legt Heijwegen uit. ‘Dat sprak mij aan, om aan het front van de technologische ontwikkeling te zitten.’ Al snel werden bedrijven toegevoegd om de competenties uit te breiden, maar de binding met materialen vanuit het Hoogovens-verleden is altijd gebleven. Niet voor niets zijn de vergaderzalen in Hittechs hoofdkantoor in Den Haag vernoemd naar metalen zoals aluminium en titanium.

Materiaalkunde en productie zijn dus de basis van Hittech en vormen de primaire competenties. Assemblage en engineering werden toegevoegd met de acquisitie van Multin. ‘We ontwikkelen systemen en subsystemen om die in principe zelf te produceren’, aldus Heijwegen. ‘We ontwikkelen systemen voor klanten in de context van produceerbaarheid.’ Dat benadrukt het belang van het materialencolloquium. ‘De ontwikkelaars moeten de juiste keuzes kunnen maken in het ontwerpproces. We zijn heel goed in maakbaarheid en willen dat ook in de praktijk brengen. Maar het kan altijd beter. De materiaaleisen die worden gesteld in de hightechindustrie worden continu hoger. Vandaar deze colloquia.’

Value engineering

Early involvement en materiaalkennis zijn essentieel in ontwikkeling. Ard Geelkerken vertelt hierover tijdens het colloquium. Geelkerken is teamleider value engineering bij Hittech Multin. Een van zijn taken is om leveranciers vroeg bij het ontwikkelproces te betrekken. ‘In functional engineering wordt vaak niet verder gekeken dan het prototype’, legt hij uit. ‘Value engineering focust op de gehele levenscyclus van een product.’

Een ontwerper baseert zijn keuzes op wat hij weet. De projectleider stelt het doel vast en wil risico’s minimaliseren. De klant wil snel naar de markt. Een product moet ten eerste aan de eisen voldoen, daarna komen kwaliteit en kosten. ‘De ontwerper kiest al snel voor dure materialen en ingewikkelde vormen als hij daarmee zeker stelt dat het prototype het doet’, zegt Geelkerken. ‘Het prototype is makkelijk te maken. Hij weet niet hoe duur de uiteindelijke productie zal zijn.’ Pas als de eerste serie in productie gaat, blijken de kosten vaak te hoog en ontstaan er discussies.

TU Delft-hoogleraar Erik Offerman gaf een introductie over Invar en andere nikkel-ijzerlegeringen.

Engineers moeten al tijdens het ontwerpproces in de gaten houden of het eindresultaat zowel technisch als economisch zal voldoen. ‘Iedereen in de ontwerpcyclus heeft zijn eigen specialisme en filosofie’, stelt Geelkerken. ‘De ontwerper streeft naar risicoloze functionaliteit en specificeert het mooiste van het mooiste. De bewerkingsfabrieken worden enthousiast en kunnen alles produceren binnen de toleranties. De operators worden beloond voor repetitieve kwaliteit bij ingewikkelde onderdelen.’

De ontwerper moet dus vroeg in het proces in discussie gaan met de bewerker en de materialenexpert. Geelkerken laat met value engineering al tijdens de ontwerpfase het effect van materiaalkeuzes op de kostprijs zien. Hij stelt: ‘Bewerkingsconcepten en andere constructies kunnen het gebruik van dure materialen of productiemethodes voorkomen.’

Geelkerken geeft een aantal voorbeelden waarin overleg tijdens de ontwerpfase resulteerde in een lagere kostprijs. Zo kon thermische isolatie van een spindel voorkomen dat er speciale, duurdere materialen moesten worden gebruikt. Bij een ander onderdeel ging meer dan 20 procent van de bewerkingstijd in kleine details zitten. Het onderdeel had een diepe pocket, waardoor de binnenkant moeilijk te bereiken en te bewerken was. Het ontwerp werd aangepast naar twee aparte delen, wat resulteerde in een kostenreductie van 18 procent. ‘Dat is behoorlijk als je gaat opschalen’, aldus Geelkerken.

Een duurder materiaal met lagere productiekosten kan door slim ontwerpen toch in een kostenreductie resulteren. ‘Als de extra aandacht tijdens de ontwerpfase resulteert in lagere kosten, heb je een businesscase’, concludeert Geelkerken. ‘Dus wees creatief met materiaalselectie. Kijk naar wat er beschikbaar is en profiteer van standaardmaten van verkrijgbare materialen. Begin de discussie in de vroege ontwerpfase en neem de kosten van productie mee.’ De integrale kostprijs is waar het uiteindelijk om draait.