Veel sneller mallen printen met een lasrobot

Samen met Fieldlab RAMLAB onderzochten Airproducts, Fokker en Voestalpine of 3D-printtechnologie de productie en reparatie van metalen mallen kan versnellen. De resultaten zijn verbluffend. Het project bewijst dat mallen slechts in een kwart van de oorspronkelijke productietijd gemaakt kunnen worden. Ook ging tegen lagere kosten de productkwaliteit omhoog en werden er inzichten opgedaan om mallen gerobotiseerd te repareren.

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

forge-1500x573

Fokker, een 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.

Via Fieldlab RAMLAB dienden zij bij SMITZH een verzoek in om te onderzoeken of de slimme 3D-printtechnologie uit het Fieldlab een ­oplossing kan bieden in het versnellen van de productie en reparatie van de mallen, die traditioneel worden gegoten en/of verspaand.

Uitdagingen

In de maakindustrie gebruiken diverse bedrijven zoals Fokker grote metalen mallen voor composiet onderdelen. Maar denk bijvoorbeeld ook aan bedrijven die metalen onderdelen voor auto’s en vliegtuigen smeden (forging dies). De productie en reparatie van deze metalen 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 de mallen. Na zo’n 500 keer stampen zijn deze al niet accuraat genoeg meer en moeten deze ­gerepareerd worden. Zeer 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 opwarming als afkoeling 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.

Het kiemproject en de resultaten

Na toekenning van het voucher, gingen de vier partijen in een periode van ongeveer drie maanden aan de slag met het kiemproject SMITZH. 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 in RAMLAB ­beschikbare 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.

Vincent Wegener – RAMLAB: “Bij de ontwikkeling en toepassing van nieuwe technologieën zien bedrijven vaak op tegen de hoge investeringen. Het laagdrempelig en stapsgewijs ­bijeen brengen van verschillende partijen om de kosten te verlagen, is de manier van werken voor RAMLAB. Na zo’n eerste zetje en positieve resultaten, is de beslissing om voor vervolg­onderzoek, veel makkelijker gemaakt.”

Alle partijen konden waarde halen uit de resultaten. Het prototype voor Fokker toont aan dat mallen geproduceerd kunnen worden binnen zes weken in plaats van zes 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.

Marko Bosman – Fokker: “Het gebruik van ­Additive Manufacturing voor mallen levert niet alleen voordelen van korte doorlooptijd en ­lagere kosten, maar ook de mogelijkheid om een beter product te leveren met een grotere functionaliteit indien gebruik gemaakt wordt van de grotere ontwerpvrijheid die Additive ­Manufacturing biedt.”

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 gevalideerd tijdens een conferentie en zijn er nieuwe contacten opgedaan om dat te kunnen realiseren.