AM4Industry: Quality assurance and cost models supporting the wide spread use of additive manufacturing (AM4Industry)

Concreet vallen de innovatiedoelen van het AM4Industry project binnen 2 categorieën:

1. Total Cost of Ownership (TCO)
Ten einde KMO’s bij te staan om een onderbouwde keuze in bewerkingstechnologie te maken, zal een Total Cost of Ownership model ontwikkeld worden. Dit model zal toelaten om de klassieke bewerkingstechnologie te vergelijken met het vervaardigen van het product met behulp van additieve technologie. Het model zal niet louter de productiekosten in kaart brengen maar ook de ontwerpvoordelen (lichtgewicht, verbeterde functionaliteit, ...) en mogelijke nieuwe markten en opportuniteiten mee in rekening brengen.

2. Verzekeren van de eindkwaliteit
Om de eindkwaliteit van een onderdeel te verzekeren, zal de hele keten van ontwerp tot nabewerking onderzocht en op elkaar afgestemd worden. Tijdens het ontwerp zullen richtlijnen voor zowel het printen als voor nabewerking ter beschikking komen. Voor het printen zullen simulatiemodellen ondersteunen bij de correcte keuze van procesparameters. Tijdens het printen zullen real time meetsystemen het proces bijsturen ten einde kwaliteit te garanderen. Na het printen zal de optimale freesstrategie toegepast worden.

De beoogde doelgroep zijn bedrijven die metalen, mechanische componenten vervaardigen of benodigen in hun productie (bv. matrijzen). Deze bedrijven kunnen teruggevonden worden in 3 sectoren:

1. Materiaaltechnologie: bedrijven actief in het creëren van metalen en kunststoffen producten (gebaseerd op matrijstechnologie)

2. Productietechnologie en mechatronica: machineconstructeurs, fabrikanten van pompen, tandwielskasten, overbrengingen, ...

3. Subcontracting: bedrijven actief in algemene toelevering van componenten aan bovenstaande sectoren.

Additieve technologie wint snel aan belang als productietechnologie voor functionele mechanische componenten. Dit wordt ondersteund door de technologische evolutie van enkel mogelijkheid tot printen van kunststoffen prototypes naar de huidige mogelijkheden om volwaardige metaalproducten te printen. Om hun concurrentievoordeel te behouden of te versterken dienen metaalbewerkende bedrijven te onderzoeken welke rol additieve technologie binnen hun productie kan innemen.

KMO’s onderzoeken reeds de mogelijkheden maar blijven achter met een teleurstellende ervaring. Meestal omdat men simpelweg een bestaand product (ontwerp) bij wijze van snelle test laat printen. Hierdoor verzaakt men aan het benutten van de voordelen die additieve technologie kan bieden. Immers het huidige product is ontworpen om via conventionele, veelal verspanende, bewerkingstechnologieën te vervaardigen. Een bijkomende teleurstelling is de afwerkingsgraad van het product na het printen. Zowel dimensionele toleranties als oppervlakteruwheid noodzaken een nabewerking om te komen tot een functionele component. Aangezien men niet de ontwerpmogelijkheden van het printen benut en men nadien toch genoodzaakt is om na te bewerken, trekt men vaak de (verkeerde) conclusie dat de conventionele, vanuit vol materiaal verspanen, werkwijze de beste is. Deze conventionele technologie is vaak ook goedkoper in aankoop. Echter als er genoeg meerwaarde in het geprinte stuk kan gebracht worden komt de totale-functie-kost (of totale-kost-van-bezit, TCO) er heel anders uit.

Binnen dit project zullen de nodige ontwikkelingen gebeuren om KMO’s op beide punten te ondersteunen: benutten van het potentieel van additieve technologie en het garanderen van de eindkwaliteit en dit binnen een economisch rendabel kader. 

Resultaten:

Binnen het project zijn richtlijnen rond 4 onderwerpen gerelateerd aan het integreren van 3D printen in een industriële omgeving ontwikkeld:

1. Design for AM: richtlijnen rond het herontwerp van een product met oog op 3D printen

2. Design based on physics: richtlijnen rond optimalisering van het productontwerp met oog op functionaliteit en maximaliseren van mogelijkheden van het 3D printen

3. Machining approach: richtlijnen rond het nauwkeurig en kostenefficiënt nabewerken van 3D geprinte onderdelen

4. Cost-benefit model: model voor de economische vergelijking van het AM geïntegreerde proces (nieuw ontwerp) met het huidige productieproces (huidig ontwerp)

Binnen het project werden de bovenstaande richtlijnen opgesteld en gevalideerd binnen verschillende industriële cases. Hierbij werd een verscheidenheid aan resultaten opgetekend en teruggekoppeld naar de opgestelde richtlijnen:

• Vanaf bepaalde afmetingen bij niet complexe componenten is additieve technologie niet kostenefficiënt;
• Een ontwerp uitgaande van een conventioneel bewerkingstechnologie bevat weinig of geen elementen die de voordelen van additieve technologie benutten;
• Indien voluit de kaart van additieve technologie van bij het ontwerp getrokken wordt, ontstaat een bijzonder gunstig resultaat: zowel het eindproduct verbetert in vele gevallen als het totale kosteplaatje daalt.

Over het algemeen kunnen we bijgevolg stellen dat indien de gedefinieerde richtlijnen kunnen toegepast worden (vereist enige vrijheid rond ontwerp) er een positieve business case rond 3D printen kan gebouwd worden.