Inspiratiecase: RAMLAB – Additive Manufacturing metalen mallen

Via het programma SMITZH helpen we de Zuid-Hollandse maakindustrie aan de slag te gaan met slimme technologie. Dit gebeurt bijvoorbeeld door het verstrekken van vouchers die tot 50% van de kosten van een proof of concept vergoeden. Inmiddels is de eerste proof of concept opgeleverd, met verbluffend resultaat. RAMLAB onderzocht samen met Airproducts, Fokker en voestalpine of de 3D-printtechnologie uit het fieldlab een oplossing kan bieden in het versnellen van de productie en reparatie van metalen mallen. Het project leverde onder meer het bewijs dat de mallen slechts in een kwart van de oorspronkelijke productietijd gemaakt kunnen worden.

Hoe het begon

SMITZH bundelt de kracht van verschillende Smart Industry fieldlabs. In een fieldlab worden slimme maaktechnologieën ontwikkeld, getest en geïmplementeerd. 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.

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.

Via fieldlab RAMLAB dienden alle partijen gezamenlijk 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 productie en reparatie mallen

In de maakindustrie gebruiken diverse bedrijven zoals Fokker grote metalen mallen, bijvoorbeeld voor composiet onderdelen. Ook bedrijven die metalen onderdelen voor auto’s en vliegtuigen smeden (forging dies) hebben hier behoefte aan. 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 500x 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 composiet onderdelen 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.

Het kiemproject en de resultaten

Na toekenning van het voucher gingen de 4 partijen in een periode van 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 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 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.

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.

De volgende stap

Het kiemproject heeft de verschillende partijen goed geholpen bij een eerste zet. Door de gezamenlijke aanvraag en het gebruik van het voucher, bleven de kosten laag en daarmee toegankelijk. 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.

Ook interesse in een kiemproject (voucher)?

Wil jij net als Airproducts, Fokker en voestalpine onderzoeken wat een slimme maaktechnologie voor een bestaand of nieuw productieproces kan betekenen, maar heb je geen idee waar te beginnen? Neem dan contact met ons op. Wij kijken of één van de SMITZH fieldlabs jou kan helpen dit te onderzoeken. Samen schrijven jullie een aanvraag. Wordt deze toegekend, dan kan tot € 30.000,- van de kosten worden vergoed.

Ben je specifiek geïnteresseerd in het 3D-printen van metalen mallen en zou je net als Fokker een demonstrator willen bouwen of zou je willen deelnemen aan het vervolgonderzoek, neem dan direct contact op met Vincent Wegener van fieldlab RAMLAB.