3D-printen versnelt productie/reparatie mallen

Metalen mallen kunnen met behulp van 3D-printtechnologie worden gemaakt in slechts een kwart van de oorspronkelijke productietijd. Dit blijkt uit een project van Airproducts, Fokker en voestalpine samen met fieldlab RAMLAB. De projectpartners zagen ook de kosten afnemen tegen een toename in productkwaliteit en deden inzichten op om mallen gerobotiseerd te repareren.

Fieldlab RAMLAB bestaat uit een consortium van bedrijven die met elkaar de mogelijkheden van het on demand 3D-printen van metaal willen testen, valideren en certificeren. RAMLAB maakt hiervoor gebruik van Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) technologie, een techniek waarbij lasrobots metaal 3D-printen door lasrupsen op elkaar te lassen. De lasrobots zijn van Valk Welding.

Fokker, één 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. Om de onderzoekskosten te beperken, maakten zij hiervoor gebruik van een kiemprojectvoucher van Smitzh, de Smart Industry Hub van Zuid-Holland die de lokale maakindustrie en zijn technologische toeleveranciers ondersteunt bij het toepassen van Smart Manufacturing. In de maakindustrie gebruiken diverse bedrijven zoals Fokker grote metalen mallen voor composiet onderdelen. Maar ook bedrijven die metalen onderdelen voor auto’s en vliegtuigen smeden (forging dies). De productie en reparatie van deze mallen kent een aantal problemen. Allereerst is de levertijd erg lang. Deze ligt rond de 6 maanden. Metalen mallen die ingezet worden voor de productie van grote, sterke metaalonderdelen, slijten snel. Door de hitte en het contact tussen de twee metalen versmelten en scheuren ze. Na zo’n 500 keer stampen zijn de mallen al niet accuraat genoeg meer en moeten ze gerepareerd worden. Gevaarlijk en ongezond handmatig werk met hoge kosten.

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 verspaand moet worden. Veel materiaal gaat hiervan verloren tijdens het frezen. Een kostbaar en onhandelbaar zwaar proces. Na toekenning van het voucher gingen de vier partijen ongeveer 3 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 aangetoond kon worden 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.

Alle partijen konden waarde halen uit de resultaten. Het prototype voor Fokker toont aan dat mallen geproduceerd kunnen worden binnen 6 weken in plaats van 6 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. Ook in het repareren van mallen zijn tijdens het kiemproject inzichten opgedaan om dit gerobotiseerd en daarmee sneller te doen. Tevens is de behoefte daaraan en gevalideerd tijdens een conferentie en zijn er nieuwe contacten opgedaan om dat te kunnen realiseren. Fokker gaat nu verder met een vervolgonderzoek om te kijken hoe het project opgeschaald kan worden en de technologie geïmplementeerd kan worden. 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.