Sinds enkele jaren bouwen Tier 1 suppliers aan de semiconindustrie productiecapaciteit op voor additive manufacturing. Is additive manufacturing definitief geland in de hightech maakindustrie? Het AM for Precision themaplein tijdens de 22e editie van de Precisiebeurs laat zien waar de toeleveranciers staan en wat technisch kan.
John Hagelaars van De Valk Additive (zoals Machinefabriek De Valk heet na de overname door Anvil Group) is een van de voorlopers in de Nederlandse AM-industrie. Tien jaar geleden stapte hij met hoge verwachtingen in. Nu is hij bezig met de eerste concrete orders voor serieproductie met 3D printen van metalen componenten. “Het begint door te druppelen bij de hoogtechnologische bedrijven”, zegt hij. “Hun leitmotiv voor additive manufacturing is echter veranderd.”
Gebrek aan capaciteit
De voorbije jaren hebben de precisieverspaners die met 3D metaalprinten bezig zijn vooral geprobeerd de businesscase rond te krijgen door op de typische voordelen van additive manufacturing te wijzen. Optimalere positionering van koelkanalen bijvoorbeeld. Of gewichtsreductie door topologie optimalisatie. De vaak organische gevormde, complexe componenten waren elk jaar wel te zien op de Precisiebeurs (15 en 16 november, Den Bosch). Anno 2023 blijkt het motief vooral capaciteitsgebrek in de supply chain te zijn. “Tien jaar geleden heette het freedom of design als het over 3D metaalprinten ging. Hoe moeilijker het stuk, des te makkelijker te printen”, zegt Henk Jansen, directeur van FMI Additive.
Tien jaar geleden heette het freedom of design als het over 3D metaalprinten ging. Hoe moeilijker het stuk, des te makkelijker te printen, vertelt Henk Jansen, directeur van FMI Additive
De wereld is tot bezinning gekomen, constateert hij. “De meerwaarde die men nu in 3D metaalprinten ziet, is dat je samenstellingen makkelijker kunt maken, in minder processtappen. En zolang het om kritische delen gaat, zijn we met de prijs concurrerend.” FMI Additive wil met kritische titanium onderdelen voor de halfgeleiderindustrie een tweede markt ontwikkelen naast die voor medische implantaten, waarvoor de serieproductie loopt.
“Voor sommige system suppliers hebben we al productie opgestart, vaak van manifoldachtige, dunwandige producten. Voor ASML zijn we bezig de kwalificatie en validatie af te ronden.” Dit zijn oorspronkelijk bijvoorbeeld freesstukken met inwendige koelkanalen die vervolgens aan elkaar worden gelast middels laserlassen. Laserlassen is een specialisme. Niet iedere toeleverancier heeft deze technologie in huis, dus moeten delen getransporteerd worden, na het laserlassen getest op lekdichtheid en dan weer terug naar de toeleverancier voor de mechanische nabewerking. Als je al die stappen bij elkaar optelt, scheelt in één keer 3D printen en binnen hetzelfde bedrijf mechanisch nabewerken veel doorlooptijd.
Dit heeft de ogen van hightech OEM’s geopend voor additive manufacturing. John Hagelaars: “Niet de directe kosten staan op 1, maar hoe je het proces kosteneffectiever maakt. Dat gaat niet alleen over krullen maken, maar ook over logistiek, footprint, circulaire economie et cetera. Wij kunnen in onderdelen voorzien nu er capaciteitstekorten zijn in de supply chain.”
Soms tot 80% precisietechnologie nodig
AM is niet een kwestie is van printen, strik erom en naar de klant sturen. Nee, de toeleveranciers die momenteel succesvol zijn met additive manufacturing, bieden een complete oplossing aan. Inclusief de mechanische nabewerking om tot maatnauwkeurigheden van enkele microns te komen en Ra-waarden van oppervlakken ver onder 1 micron.
Je hebt soms tot 80% precisietechnologie nodig: je moet kennis hebben van het klassieke draaien en frezen - John Hagelaars
“Na het printen kom je in de problemen die bij elke order terugkomen”, zegt John Hagelaars het recht voor zijn raap. Additive manufacturing is slechts één stap in het hele proces. Zowel FMI Additive als De Valk Additive zijn toeleveranciers die het totale proces leveren en de meeste stappen in eigen huis doen of bij een van de zusterbedrijven. “Printen alleen is helemaal niks. Je moet met een frezer hebben gepraat om tot iets te komen”, zegt John Hagelaars.
“Je hebt soms tot 80% precisietechnologie nodig; je moet kennis hebben van het klassieke draaien en frezen.” Een voorbeeld is het reinigen: De Valk Additive haalt de Grade 2 eisen van ASML, iets waarvan jaren geleden de OEM’s dachten dat het niet kon. Hij vindt het AM for Precisionplein daarom goed passen bij de Precisiebeurs. “Veel beter dan een solo AM event.”
Kwaliteitsborging in het proces
Een belangrijke stap in dit proces is kwaliteitscontrole. Juist dit is een niet te veronachtzamen kostenfactor. FMI Additive heeft daarmee de voorbije tien jaar veel ervaring opgedaan bij het 3D printen van titanium implantaten voor grote medische bedrijven. Henk Jansen denkt dat de kwaliteitsprocedures van de medische industrie en de semicon elkaar niet veel ontlopen. In de medtech industrie moet FMI Additive aantonen dat zowel het eerste als het vijfduizendste implantaat goed, sterk en schoon is.
Je dient ook aan te moeten tonen dat poederhandling, het reinigen van een machine, het zeven van poeder etc. volgens één vaste procedure gebeurt. - Henk Jansen
Valideren van processen voorkomt dat je elke component apart moet gaan controleren. Net als het meeprinten van trekstaafjes en testcoupons om te bewijzen dat als product 1 goed is, ze allemaal goed zijn zonder dat elk product door de CT scan moet. Henk Jansen: “Er zijn accentverschillen met de halfgeleiderindustrie, maar in principe vlieg je de processen voor kritische hightech delen hetzelfde aan. Deze validatie gaat verder dan het printen zelf. Je dient ook aan te moeten tonen dat poederhandling, het reinigen van een machine, het zeven van poeder et cetera volgens één vaste procedure gebeurt.”
Toegevoegde waarde van toeleverancier
Als een van de AM-technologie leveranciers op het AM for Precision plein op de Precisiebeurs biedt Renishaw software aan die juist bedoeld is om buildjobs die door de engineers van een OEM zijn ontwikkeld, precies zo te printen bij een toeleverancier. Een end-to-end oplossing voor kritische delen. Philippe Reinders Folmer, directeur Renishaw Benelux: “Alle parameters zitten in het bestand. De operator kan er niks aan wijzigen. De enige factoren die van invloed zijn, zijn dan zaken als de gasstroom, het reinigen en poederhandling.”
Het gaat om het repliceren van onderdelen desnoods ver van huis, waarbij de kwaliteit afdoende geborgd is - Philippe Reinders Folmer, directeur Renishaw Benelux
Renishaw wil hiermee de invloed van de operator op de eindkwaliteit minimaliseren en zo voor een constante kwaliteit zorgen. Dat lijkt minder aantrekkelijk voor de toeleveranciers? Wat voeg je dan als toeleverancier nog toe? Philippe Reinders Folmer: “De toegevoegde waarde van de toeleverancier zit in het nabewerken van de stukken, inspectie en ultraschoon afleveren. En niet in het printproces zelf. Daar moeten zo min mogelijk variabelen in zijn.”
Rein van der Mast wijst erop dat dezelfde gedachten leven bij Defensie dat naar het potentieel van additive manufacturing kijkt. “Het gaat om het repliceren van onderdelen desnoods ver van huis, waarbij de kwaliteit afdoende geborgd is.”
Ondersteuning vanuit IAMM
De beide toeleveranciers hebben een lange staat van dienst als het om additive manufacturing gaat. “We wisten dat er een dal van desillusie zou komen, maar dat het zo lang en zo diep zou zijn, hadden we niet verwacht. Nu beginnen dingen op hun plaats te vallen”, zegt John Hagelaars. Het is wel een leerzaam proces geweest. Het hele AM proces inclusief alles wat er bij komt kijken is namelijk moeilijk, vult Henk Jansen aan.
Uiteindelijk moet de markt additive manufacturing gaan trekken in plaats dat een handvol Willie Wortels blijft duwen. Daarvoor dient het niet alleen over techniek te gaan, maar over de hele keten, Rein van der Mast (Fontys Hogescholen), initiatiefnemer van IAMM
Om de Nederlandse metaalindustrie te ondersteunen bij de implementatie van additive manufacturing, hebben enkele hogescholen (Fontys, Windesheim en Saxion) hun expertise gebundeld in een duurzame samenwerking: Industrieel AM in Metalen (IAMM). Daarin participeren ook universiteiten (Delft, Enschede), techbedrijven en andere organisaties. Op de Precisiebeurs in Den Bosch (15 en 16 november) heeft het projectteam een loket waar beursbezoekers met vragen terecht kunnen.
De hogescholen willen met hun partners de industrie helpen de kansen te herkennen en te benutten. Rein van der Mast (Fontys Hogescholen), initiatiefnemer van IAMM: “Uiteindelijk moet de markt additive manufacturing gaan trekken in plaats dat een handvol Willie Wortels blijft duwen. Daarvoor dient het niet alleen over techniek te gaan, maar over de hele keten.
De ketens zijn immers verbonden met de markt, niet de techneuten.” Het IAMM loket biedt laagdrempelige toegang tot kennis, opleidingen, testfaciliteiten en zo voort. Voor metaalprinten beschikt men bij de partners over meerdere technologieën naast het bekende laser poederbed printen. Denk aan de DED-technolgie van Meltio en cold spray, relatief onbekende technieken die echter heel goed passen bij verspaners.
Wat is er nodig?
Zijn deze en andere nieuwe technologieën nodig om AM verder te laten landen? John Hagelaars vindt dat er een betere koppeling moet komen tussen het additieve en het verspanende proces, bijvoorbeeld met nulpunt opspansystemen, zodat je vanuit de metaalprinter direct onderdelen op een 5-assig bewerkingscentrum kunt plaatsen.
Henk Jansen verwacht dat andere printtechnieken beter geaccepteerd gaan worden. Denk aan Electron Beam Melting, de Arcam technologie waarmee FMI Additive in Tilburg grote series implantaten print.
Sommige fabrikanten zijn daarmee bezig. “Maar het zijn echt nog twee werelden, daar valt nog veel te winnen.” Henk Jansen verwacht dat (nu de markt volwassen wordt) andere printtechnieken beter geaccepteerd zullen worden. Bijvoorbeeld Electron Beam Melting, de Arcam technologie waarmee FMI Additive in Tilburg grote series implantaten print. In de precisie-industrie is het vooral Laser Powderbed Fusion wat de klok slaat. “Terwijl electronbeam als voordeel heeft dat we in vacuüm printen bij een hoge temperatuur en daardoor bijna geen spanningen opbouwen. En we kunnen supportvrij printen.”
Onbekend maakt echter onbemind. Rein van der Mast ziet potentieel in de digital twin om vooraf de uitkomst van het printproces beter te kunnen voorspellen en op afwijkingen tijdig te kunnen anticiperen. Een van de afstudeerstudenten heeft binnen het project onderzocht hoe betrouwbaar de voorspellingen voor het poederbedprinten van Siemens NX zijn. “De voorspellingen die de software doet, zijn behoorlijk waarheidsgetrouw. Het belang hiervan is dat dan meer iteraties in het virtuele, digitale domein kunnen gebeuren, wat tijd en kosten bespaart.”
Gaat de AM-markt nu groeien?
Gaat de Nederlandse AM-markt nu eindelijk groeien? John Hagelaars verwacht dat AM nog een jaar of vijf een niche technologie blijft. Hij ziet nog weinig andere hightech sectoren dan de halfgeleiderindustrie bewegen. Daar kan het IAMM loket bij helpen. Een echte doorbraak zal vanuit de engineers komen, als zij echt gaan engineeren vanuit de mogelijkheden die 3D printen biedt. Dat staat nu nog in de kinderschoenen. Henk Jansen verwacht dat de acceptatie geleidelijk zal blijven gaan, zoals het eigenlijk met elke nieuwe technologie gaat. “Toen draadvonken op de markt kwam, moesten engineers leren dat ze stempels konden figuurzagen in metaal. Dat was de start van de draadvonkrevolutie. Datzelfde zie je nu aankomen met AM.”
Het AM for Precision plein op de Precisiebeurs telt 14 exposanten en er is een meeting area waar bezoekers in alle rust zaken met deze deelnemers kunnen bespreken. De Precisiebeurs vindt op 15 en 16 november plaats in de Brabanthallen in ’s Hertogenbosch. De vakbeurs is op beide dagen gratis te bezoeken, meld je hier aan.