3D-atelier 3D-atelier - Additive industries

3D-atelier
3D-atelier
Luchtige onderdelen
tekst marc seijlhouwer msc
De GE9X-vliegtuigmotor van
General Electric Aviation, die
volgend jaar op de markt moet
komen, bestaat voor een groot deel
uit 3D-geprinte onderdelen.
De luchtvaartsector, een veeleisende en sterk gereguleerde industrietak, omarmt de techniek van het driedimensionaal
printen. Steeds meer vliegtuigbouwers gebruiken 3D-printers om lichtgewicht onderdelen voor een toestel te maken. ‘Als
Een gevechtsvlieger zal het
scheelt brandstof, CO2-uitstoot, passagiersen/of vrachtcapaciteit en snelheid.
De 3D-onderdelen in het gevechtsvliegtuig
zijn vooral van kunststof: de voorruit en koel
ventilatoren komen bijvoorbeeld uit de printer. Metalen delen worden doorgaans nog op
traditionele wijze gemaakt, maar dat verandert binnenkort. In de Verenigde Staten is
General Electrics Aviation een van de grootste spelers op dit gebied. Zij voorzagen in
2012 al een drone van lichtgewicht onderdelen, en in 2015 moet een vliegtuigmotor met
een grote hoeveelheid 3D-geprinte onder
delen op de markt verschijnen, waarbij ook
verschillende metalen delen uit de printer
moeten komen rollen.
Ook in Nederland zitten de technologie
bedrijven niet stil. Het Eindhovense Additive
Industries maakt in een proeffabriek steeds
meer onderdelen met metaalprinters, onder
meer voor toepassingen in vliegtuigen. Het
printen van metaal zit echter nog wel in de
experimentele fase. ‘De huidige generatie
printers is niet betrouwbaar genoeg’, vertelt
ir. Daan Kersten, CEO van Additive Indus-
FOTO ADDITIVE INDUSTRIES
niet beseffen als hij in het heetst van de
strijd de vijand probeert te vinden, maar hij
is omringd door geprinte onderdelen. De
F-18, een twintig jaar oud, maar nog steeds
populair gevechtsvliegtuig, bevat er namelijk
een stuk of negentig. Dat lijkt vreemd voor
een oud toestel, maar de vliegtuigbouwin
dustrie is langzaam aan het overstappen op
door 3D-printers gemaakte vervangings
onderdelen.
De industrie heeft genoeg redenen voor
die overstap. Zo produceren 3D-printers
minder restmateriaal ten opzichte van het
gangbare frezen. Het boortje kent bij frezen
namelijk een aantal beperkingen, waardoor
iets om hoekjes heen frezen niet mogelijk
is. Honingraatstructuren, die minder wegen, maar net zo sterk zijn, zijn daardoor
onmogelijk te maken. Een 3D-printer kan
wel zulke structuren maken. Dat 3D-geprinte onderdelen doorgaans veel minder wegen
is voor de vliegtuigbouw een van de meest
aansprekende voordelen. Elke gram die
een vliegtuig niet hoeft mee te torsen,
Als vliegtuigonderdelen bij Additive Industries uit de printer komen, zitten ze nog vast aan de bouwplaat.
62
april 2014•de ingenieur•4
ILLUSTRATIES GE AVIATION
elke vliegbasis een 3D-printer en een database met bouwplannen voor reserveonderdelen heeft, is een magazijn overbodig.’
3D-printen is een hype. De rubriek 3D-atelier
neemt de meest innovatieve 3D-toepassingen
onder de loep.
tries. ‘Het ene onderdeel lijkt nu nog te weinig op het andere. Bovendien zit het geprinte object nog vast aan de bouwplaat. Om het
vervolgens te gebruiken moeten we het loshalen, nabewerken, enzovoorts. Dat duurt te
lang voor industriële doeleinden.’
Additive Industries experimenteert volop
in zijn AddLab. Onlangs deed een van de
industriële partners in deze gezamenlijke
proeffabriek, KMWE, mee aan een prijsvraag, uitgeschreven door GE. De opdracht:
ontwerp een 3D-print van een vliegtuigdeel
en maak het zo licht mogelijk. KMWE kwam
samen met specialisten van de TU Delft op
een gewichtsbesparing van zo’n 75 % – de
winnaar wist het onderdeel zelfs meer dan
80 % lichter te maken.
Het geeft aan wat voor winst er valt te boeken met het 3D-printen van een grote hoeveelheid onderdelen. ‘De gewichtsbesparing
is enorm. Bovendien verspil je geen materiaal, zoals bij het frezen, waar soms wel 95 %
van het uitgangsmateriaal wordt weggehaald.
Bij printen gaat er niets verloren: er wordt
geen grammetje overtollig materiaal geprint.’
VERSMELTEN
Dat het printen van metalen onderdelen
nu voldoende betrouwbaar is, komt doordat
de lasertechnieken afgelopen twingtig jaar
sterk verbeterd zijn. In het begin leverde
laseren losse bolletjes op die wel aan elkaar
gesmolten (gesinterd) waren, maar waar nog
veel ruimte tussen zat. De nieuwste lasers
zijn nauwkeuriger en krachtiger, waardoor
de metaalballetjes nu echt met elkaar versmelten. Daardoor ontstaat een bijna dichte
metaalstructuur die niet onderdoet voor een
conventioneel verspaand stuk.
Nu is het tijd voor de volgende stap. GE wil
zich richten op vliegtuigmotoren, maar ook
China heeft grootste plannen. Het land zegt
de grootste metaalprinters ter wereld te hebben en liet in augustus 2013 de spierballen
zien: toen verscheen op de China International High-tech Expo het grootste geprinte
vliegtuigonderdeel ooit. Het was een 144 kg
wegend, bijna 4 m lang stuk van een Chinees stealth-gevechtsvliegtuig. Dat soort afmetingen zijn met de gangbare printers nog
onmogelijk; die printen maximaal iets ter
grootte van een forse schoenendoos.
Additive Industries zit ondertussen niet
stil. In de toekomst hoopt het bedrijf een
nieuwe generatie metaalprinters te maken.
‘Alle problemen die de printers nu hebben,
zoals slechte reproductie van onderdelen,
hoge kosten en de bouwplaat, willen we
oplossen. Het uiteindelijke doel is om de
printer van het lab naar de fabrieksvloer te
brengen. In de fabriek rolt dan een product
uit de printer dat geen nabewerking vereist.’
Als die nieuwe generatie printers er eenmaal is, kan dat op termijn veel betekenen
voor de vliegtuigbouwindustrie. Kersten
denkt dat een
3D-printer wel
eens een heel magazijn zou kunnen vervangen. ‘Nu liggen specialistische onderdelen stof te vergaren, voor
het geval dat er iets stukgaat. Als elke vliegbasis een 3D-printer en een database met
bouwplannen voor reserveonderdelen heeft,
is dat magazijn overbodig. Dat scheelt
enorm in de logistiek. Die printer heb je er
april 2014•de ingenieur•4
volgens mij zo uit.’ Betekent dat ook het einde van
de gangbare maakmanieren?
‘Dat denk ik niet’, geeft Kersten aan.
‘Als je geen gewicht kunt besparen, is frezen
voorlopig nog goedkoper. In de toekomst
moeten producenten zich afvragen of het zin
heeft om een onderdeel 3D te printen. De
twee methoden zullen elkaar niet tegenwerken, maar samen het bouwen van een vliegtuig efficiënter maken.’
63

Download Report