Design for additive manufacturing (3D-printen), een training die direct tot tastbare resultaten leidt

Workshops 3D-printen met een mix van theorie en praktijk

Een training die vrijwel direct tot aantoonbare resultaten leidt. In de vorm van tastbare onderdelen. Vele bedrijven scoorden inmiddels met Design for additive manufacturing. Medewerkers die ze naar deze bij Fontys ontwikkelde cursus stuurden konden de opgedane kennis direct vertalen naar soms baanbrekende innovaties. De driedaagse mix van theorie en praktijkgericht workshops leidde in verschillende gevallen tot sterk verbeterde productontwerpen die zich daarna ook in de praktijk bewezen.

De partners High Tech Institute en Mechatronics Academy stellen deze cursus nu beschikbaar voor open inschrijving. Hier lees je meer over de achtergrond, de sterkte van de training en hoe het curriculum tot stand kwam en waaruit het bestaat.

Sjef van Gastel

Sjef van Gastel, onderzoeksleider bij Fontys en docent van de training Design for additive manufacturing

Ontdek de killer application van 3D-printen

Additive manufacturing, of gewoon 3D-printen, is een technologie die in potentie kan leiden tot doorbraken. Om de killer application te ontdekken heeft Sjef van Gastel, onderzoeks- en cursusleider bij Fontys, een methodologie bedacht om potentiële doorbraak-ontwerpen boven water te krijgen: een aanpak die de eigenschappen van het onderdeel of systeem sterk moet verbeteren. Uitgangspunt is om met 3D-printen een sterke verbetering te realiseren ten opzichte van de 'oude' technologie. Daarvoor gaat Van Gastel terug naar de basis. 'We doen een oefening met de cursisten. Wat zijn de argumenten van klanten om hun producten te kopen? Wat is het onderscheidende vermogen?', somt Van Gastel op. 'Je moet de diepte in, nadenken over de karakteristieken en dat vervolgens mappen op de toegevoegde waarde die de maker kan leveren.'

Je moet de diepte in, nadenken over de karakteristieken en dat vervolgens mappen op de toegevoegde waarde die de maker kan leveren.

De methodologie om tot een killer-app te komen maakt deel uit van de cursus. 'Er komen een aantal voorstellen voor een herontwerp uit en die gaan we ranken', zegt Van Gastel. 'Dan volgt een herontwerp en komen de ontwerprichtlijnen aan bod. 3D-printen heeft daar klassen voor, want elke additive-manufacturingtechnologie heeft specifieke kenmerken.'

Bij Fontys gebruiken ze onder meer selective laser melting (SLM), waarbij een laser laag voor laag patronen schrijft in metaalpoeder op een bouwplaat. Het onderdeel groeit daarbij plakje voor plakje.

De killer-app workshop draaide inmiddels voor ASML, Fokker Landing Gear, Océ, Philips Lighting, Thermo Fischer (voorheen Fei Company) en Vanderlande. 'We kijken met alle product-verantwoordelijke mensen naar onderdelen die zich lenen voor herontwerp', vertelt Van Gastel. 'Niet alleen de ontwerpers, maar ook de productmanagers en medewerkers van service en onderhoud.'

Mechatronics - sjefvangastelfoto2

Deelnemers gebruiken in de training de meest geavanceerde 3D-printers zoals een metaalprinter van Additive Industries en een Stratasys (foto), volgens Sjef van Gastel 'de Rolls Roys onder de kunststofprinters'.

Fontys docent 3D-fabricagetechnologie Sjef van Gastel

Drie jaar geleden nam Ricardo Abdoel bij Fontys het initiatief om opleidingen te ontwikkelen voor additive manufacturing. Met Sjef van Gastel vond hij iemand die daaraan leiding kon geven. De aan de TU Eindhoven opgeleide mechanisch ingenieur was destijds manager technologies & patents bij Assembléon en heeft ruime ervaring in de industrie. Na zijn studie werkte hij achtereenvolgens bij Philips Elcoma, Philips CFT en Philips EMT, dat overging in Assembléon. Tot voor kort was hij nog als senior strategic marketing manager betrokken bij Kulicke & Soffa, het Amerikaanse bedrijf dat Assembléon in 2016 overnam.

Het is belangrijk dat ze zelf ondervinden wat het is en hoe ze de ontwerp- richtlijnen moeten toepassen.

Van Gastel dook na zijn aanstelling bij Fontys diep in 3D-fabricagetechnologieën en leidt nu de additive-training. Hij glimt als hij opmerkt dat hij cursisten drie dagen lang echt met hun voeten in de modder zet. 'Het is belangrijk dat ze zelf ondervinden wat het is en hoe ze de ontwerp- richtlijnen moeten toepassen.'

Mechatronics - sjefvangastelfoto3-kl

In het additive manufacturinglab van Fontys hebben cursisten ook de beschikking over een zeer geavanceerde trekbank om de belastbaarheid en sterkte van hun geprinte werkstukken te testen en zo zicht te krijgen op de invloed van hun ontwerpen en de manier waarop ze hun onderdelen printen.

Wilt u meer weten over de training?

Bekijk cursusprogramma

Printlab: labruimte met zeer geavanceerde trekbank

Hij vraagt studenten om op de eerste dag al een STEP file mee te nemen van een onderdeel uit hun machine of product. Dit onderdeel gaan ze meteen printen, onder leiding van een praktijkdocent. Van Gastel: 'Dat gaat in een kwart van de gevallen fout, bijvoorbeeld omdat ze nog niet geleerd hebben om ondersteunend support-materiaal toe te voegen. Op de derde dag herhalen we die oefening, maar dan weten ze inmiddels van wanten.'

Niet alleen ontwerp is onderdeel van de cursus. Ook kostprijsaspecten en de belastbaarheid komen aan bod. De richting van polymeren is bijvoorbeeld van invloed op de belastbaarheid in verschillende richtingen. 'De printrichting is van invloed en daar moet je rekening mee houden', zegt Van Gastel: 'Op de derde dag dag mogen ze laten zien dat ze dit beheersen en gaan ze het ook beproeven op trekbanken.'

Drie dagen is compact, maar alle onderscheidende facetten en de aspecten die 3D-printen uniek maken komen aan bod.

In de labruimte waar ook de training wordt uitgevoerd, staat daarvoor een zeer geavanceerde trekbank die vrij uniek is - diverse bedrijven uit de omgeving komen er de sterkte van hun onderdelen mee testen. 'Drie dagen is compact, maar alle onderscheidende facetten en de aspecten die 3D-printen uniek maken komen aan bod.'

3D-printen heeft voordelen maar ook beperkingen

3D-printen wijkt met zijn unieke en onderscheidende eigenschappen af van conventionele bewerkingsmethodes. 'Je hebt bijna volkomen vormgevingsvrijheid. Met een vijfassige verspaningsmachine kan je geen kromme gaten maken, maar met additive manufacturing kan dat wel. Dat is interessant als je vloeistoffen of gassen moet transporteren. In een scherpe bocht krijg je drukval, maar als die bocht een vloeiende verloop heeft, dan kunnen de stoorkrachten een factor tien lager uitvallen. Dat is ook de reden waarom in waferscanners van ASML al meer dan veertig 3D-geprinte onderdelen zitten, aldus Van Gastel.

Ander groot voordeel is de mogelijkheid om 3D-rasterstructuren te maken. 'Daarmee zijn krachten op te vangen, terwijl je massa bespaart.' Zo opent 3D-printen mogelijkheden die gesloten blijven voor conventionele technologie. Het is zaak om die voordelen te onderkennen en slim toe te passen, aldus Van Gastel.

Om de juiste balans te vinden tussen de gewenste sterkte, massa en stijfheid gaan deelnemers aan de slag met eindige-elementen ontwerptooling (’Topologie Optimalisatie’). Die kan met kleuren de belasting inzichtelijk maken. 'Op de niet-belaste plaatsen kun je dan materiaal weghalen. Het resultaat onderwerp je vervolgens weer aan een berekening. Als de spanningen dan niet of nauwelijks zijn toegenomen, dan is de conclusie dat deze ingreep is toegestaan en je inderdaad materiaal kunt besparen. Zo kun je in een aantal slagen een optimum bereiken, waarbij je aan het einde een voor belasting geoptimaliseerd voorwerp overhoudt dat er intern vakwerk-achtig uitziet', zegt Van Gastel. 'In precisiemachines hebben we dit al succesvol toegepast in onderdelen die bloot stonden aan hoge versnellingskrachten.'

Zo kun je in een aantal slagen een optimum bereiken, waarbij je aan het einde een voor belasting geoptimaliseerd voorwerp overhoudt dat er intern vakwerk-achtig uitziet. In precisiemachines hebben we dit al succesvol toegepast in onderdelen die bloot stonden aan hoge versnellingskrachten.

Maar 3D-printen is niet de oplossing voor ieder probleem. Daar is Van Gastel nuchter over. 'Er zijn mensen die beweren dat 3D-printen technieken zoals verspanen en spuitgieten helemaal gaan vervangen.' Maar dat lijkt hem weinig realistisch. 'Verspanen, draaien of slijpen hebben vooralsnog een onovertroffen oppervlakteruwheid en nauwkeurigheid.'

Hij noemt meer sterke punten waar additive niet aan kan tippen. 'Voor conventionele technieken koop je materiaal in waarvan je met vele cijfers achter komma de eigenschappen kent.' Ook een belangrijk onderdeel van de training: je moet 3D-printen niet toepassen waar het geen waarde toevoegt.

Op 30 mei - 1 juni 2018 vindt de cursus 'Design for additive manufacturing' plaats bij Fontys in Eindhoven.

Bekijk cursusomschrijving

Aanmelden kan via ons online registratieformulier. 

Aanmelden voor de cursus

Lees over de achtergrond & carriere van de docent. 

Biografie ir. Sjef van Gastel