Inspiratiecase: grootschalig 3D-metaalprinten door monitoring & control app

Met ondersteuning vanuit SMITZH werkt fieldlab RAMLAB middels innovatieprojecten aan de doorontwikkeling en toepassing van 3D-metaalprinten. Via kortlopende afgebakende projecten komt grootschalige impact van hun WAAM-technologie steeds dichterbij. Einddoel is om de technologie toegankelijk te maken voor het mkb en daar als regio een unieke wereldpositie mee te behalen. Onlangs rondde RAMLAB weer een innovatieproject af. Het resultaat: een werkende monitoring en control applicatie, een uitgebreid materialendatabase en versterking van proposities rondom de nieuwe technologie.

3D-metaalprinten met lasrobots

RAMLAB werkt de laatste jaren succesvol aan de doorontwikkeling en toepasbaarheid van 3D-metaalprinten en loopt daarmee voorop in de wereld. De techniek die gebruikt wordt, heet Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). Met een lasrobot wordt door laag voor laag op elkaar te lassen een vorm geprint. Vaak gaat het om producten in kleine series of zelfs enkelstuks. Denk bijvoorbeeld aan een scheepsschroef of een mal die gerepareerd wordt.

Stapsgewijs innoveren

Het ontwikkelen van een nieuwe technologie vraagt tijd en investeringen. Fieldlab RAMLAB doet dit dan ook stapsgewijs. Eerder berichtte SMITZH al over een kiemproject met bedrijven als Fokker, Man Energy Solutions, voestalpine en Air Products waarin demonstraties van de nieuwe technologie werden gegeven. En later over de toekenning van Europese financiering van het project Grade2XL.

Het Grade2XL project is inmiddels gestart en de ontwikkelingen en inzichten uit het zojuist afgeronde innovatieproject kunnen daar goed in gebruikt worden. Vincent Wegener van RAMLAB:

“Door te innoveren in korte afgebakende projecten is het makkelijker om financiering rond te krijgen en op tijd bij te sturen. We gebruiken de ervaringen die we tussentijds opdoen weer in het volgende project.”

Monitoring & control app maakt volledig geautomatiseerd 3D printen mogelijk

Omdat je bij 3D-metaalprinten vaak kleinschalig produceert, kun je je geen fouten, vertragingen en afval veroorloven. Bij WAAM las je laag op laag. Kwaliteitscontrole na iedere laag is dan ook essentieel om fouten te voorkomen. Om dit proces volledig te automatiseren, ontwikkelde RAMLAB een monitoring & control app. De app werkt samen met een aantal sensoren die op de lasrobot gemonteerd worden en realtime data doorgeven en verwerken over het proces zoals de temperatuur en vervolgens het proces aanstuurt. Oplevering van een werkende sensor suite is een resultaat van dit innovatieproject.

Vincent: “De app maakt het mogelijk om non-stop te printen. Normaal moet je het proces na iedere laag onderbreken voor een visuele inspectie. Nu kun je sneller en goedkoper werken. Een operator kan daardoor meerdere 3D-printers tegelijk aansturen. De app geeft een alert bij een grote afwijking, bijvoorbeeld als de lasdraad om de spoel vast zit. Een operator wordt dan gewaarschuwd en indien deze niet beschikbaar is, kan de productie tijdelijk stil gezet worden. Dit soort automatisering brengt de techniek dichter bij de kleine ondernemer die zich geen kostbare inhuur kan veroorloven.”

Database multimaterialen vol essentiële kennis

Naast de ontwikkeling van de app werd in het project getest met multimaterialen. Sommige onderdelen zijn door hun conventionele manier van produceren (zoals gieten) zwaar en daardoor duur. Door bepaalde onderdelen waarbij dat kan van een ander materiaal te voorzien, wordt het product lichter en goedkoper. In dit project werden verschillende combinaties van materialen getest en de juiste parameters vastgelegd in een database. Een overzicht van geteste materialen is hier te vinden.

Vincent: “Inmiddels hebben we zo’n twintig materialen en verschillende materiaalcombinaties kunnen testen. In de chemische industrie wordt veel gewerkt met onderdelen die door het ronddraaien snel slijten. We hebben hiervoor getest met een combinatie van 316L en Stellite 6. We ervaarden dat nauwkeurigheid hierbij van essentieel belang is. Als je niet de juiste parameters hebt, zal het product snel scheuren. Met onze database dragen we bij aan Europese kennisontwikkeling over deze techniek.”

Versterking van proposities

Door al het testen en doorontwikkelen, doet RAMLAB veel ervaring op die zij om kan zetten in nieuwe proposities. Het fieldlab kan nu beter advies geven op lichtgewicht ontwerpen en keuze in multimateriaalprints. Vincent:

“Door de ervaringen die we op doen in dit soort innovatieprojecten, wordt de technologie steeds beter, maar ook toegankelijker. Het is belangrijk om dit tempo van innoveren vast te houden, zodat we onze positie al koploper kunnen behouden.”

RAMLAB heeft dan ook al weer een nieuw vervolgproject op de planning staan waarbij het gebruik van de nieuwe applicatie en de sensor met bedrijven in de praktijk getest zal worden.

Meer weten

Wil jij ondersteuning vanuit SMITZH bij de ontwikkeling van een nieuwe technologie? Kijk dan eens hier naar de mogelijkheden. Wil je meer weten over de ontwikkeling en toepassing van 3D-metaalprinten? Neem dan contact op met Vincent Wegener.

Inspiratiecase: In één klik van tekening naar product. Rapid manufacturing

Auteur: Steven de Jong

Het Zoetermeerse bedrijf Curve Works staat op het punt om door te breken met een revolutionaire productiemethode voor kunststof scheepsrompen die nu nog van metaal gemaakt worden. Fieldlab SAM|XL heeft Curve Works geholpen met de automatisering. Internationale concurrentie zit het Zuid-Hollandse maakbedrijf op de hielen.

Francois Geuskens en Tahira Ahmed hadden beiden een felbegeerde baan in de lucht- en ruimtevaartindustrie toen ze besloten om een bedrijfje te beginnen in een loods op een tochtig bedrijventerrein in Zoetermeer. Francois werkte bij het gerenommeerde Airbus en zijn vrouw Tahira bij Airborne. Beiden met een PhD van de TU Delft op zak, een indrukwekkend CV en samen meer dan dertig jaar ervaring in het ontwerpen van composieten constructies, ofwel: vezelversterkte kunststof.

Onder de naam Curve Works werd de start-up geregistreerd. Het was 2015 en meer dan een idee was er niet. Vijf jaar later blikt Francois terug, te midden van platen en andere halffabricaten. Wat hem destijds wakker hield? “Stel, je wil duizend gewelfde panelen uit één mal halen. Dan kun je er één van staal maken, dat is afschrijfbaar op zo’n groot aantal. Maar bij kleine series is dat niet te verantwoorden. Er worden ook wel piepschuimmallen gemaakt, maar die eindigen in de container.”

Wat een verspilling, dacht Francois. Vooral in de bouw van jachten: daar worden gigantische mallen gebruikt om in één keer een romp te maken. Blijkt de mal niet helemaal goed, dan moet alles opnieuw. Online stuitte hij op Adapa, een Deense machinefabriek die een ‘adaptive mould’ had ontwikkeld voor organisch gewelfde betongevels. Ieder paneel uniek dus. Deze mal kon telkens een nieuwe vorm aannemen. Stel je een slaapmatje voor met daaronder honderden stalen pinnen die op commando in- en uitschuiven en zo het matje (in dit geval de mal) in de gewenste vorm duwen.

“Telkens een nieuwe mal voor een klein paneel is monnikenwerk, om maar niet te spreken van de enorme afvalstroom.”

Wat als ik zo’n machine laat maken voor composiet, dacht Francois. Dat kan de scheepsbouw naar een hoger plan tillen. Kunststof jachten zouden voortaan net zo gebouwd kunnen worden als metalen schepen: met losse panelen op een skelet, ieder op een unieke manier gevormd, afhankelijk van de plek in de romp. Telkens een nieuwe mal voor een klein paneel is monnikenwerk, om maar niet te spreken van de enorme afvalstroom.

hiervoor_wil_CW_rompen_maken

Vooral zeiljachten hebben baat bij composieten rompen, dat maakt ze sneller dan metalen exemplaren. Beeld: Curve Works

Dit is de meest complexe vraag die we hebben gehad, hoorde hij van Adapa. De bouw zou een paar honderdduizend euro kosten en hij moest zelf specificaties aanleveren. Negen maanden later had hij die berekend en een businessplan geschreven. De order kon geplaatst worden. Eenmaal afgeleverd, moest er nog een oven rondom de mal gebouwd worden. Ook was het nog zoeken naar de ideale samenstelling van het materiaal. De composieten panelen die hij voor scheepsrompen in gedachten heeft, bestaan uit glasvezel aan de buitenkant en schuim in het midden. Licht en impactbestendig.

“Ik zei: of ik sluit de toko, of je zegt je baan op en we gaan buffelen totdat het een succes is.”

“Ik runde Curve Works eerst alleen”, vertelt Francois. “En kwam er al snel achter dat ik niet telkens mijn aandacht kon verdelen tussen productie en verkoop.” Een gekwalificeerde mededirecteur werven was echter niet zou eenvoudig. Ervaren ingenieurs wilden stabiliteit en een goed salaris. En een pas afgestudeerde zag hij niet zitten. Toen wendde Francois zich tot zijn vrouw en vakgenoot Tahira Ahmed. Zij werkte als manager bij Airborne, producent voor lucht- en ruimtevaart. “Ik zei: of ik sluit de toko, of je zegt je baan op en we gaan buffelen totdat het een succes is.” Doelend op de verplichtingen die hij was aangegaan: “We zaten er hoe dan ook al met zijn tweeën in.” Sinds Tahira in de directie stapte, kan Francois zich weer helemaal op de techniek richten. “Tahira kwam erbij omdat CurveWorks er anders niet meer was geweest.”

toepassing_kantoorgevel

Mogelijke toepassing: gewelfde kantoorgevels waarin ieder paneel uniek is. Beeld: Curve Works

“Francois zegt het wat hard”, nuanceert Tahira. “Ja, ik heb mijn baan opgezegd. Maar dat was vooral omdat ik zo geloofde in Curve Works. Eerst kijk je tegen een berg op, maar door onze ervaring weten we hoe we dingen moeten aanpakken. Toen we onze visie en missie helder hadden, zeiden we tegen elkaar: dit gaan wij bereiken!” Die visie luidt: no-waste from tooling. Specifiek voor de markt van kleine series, waar de mal een enorm aandeel heeft in de ecologische voetafdruk. “We gaan dit ook uitrollen naar andere bedrijven”, vertelt Tahira. Ondertussen ontwikkelen ze nog een andere techniek: het frezen van een mal uit een ‘tooling block’, dat daarna omgesmolten kan worden. “De klant huurt dan een mal die wij later terugnemen”, legt Francois uit.

“Die visie luidt: no-waste from tooling.”

De nabewerking automatiseren

Tegen de wand staat een enorm scherm. Een raam voor een watertaxi, verklaart Tahira. Op haar laptop laat ze een watervoertuig zien dat boven het water lijkt te zweven, een hydrofoil. Neemt de snelheid toe, dan duwen de vleugels onder de romp de boot boven het water. De aandrijving is elektrisch. Geen emissie, golven en geluid. Het Franse SeaBubbles wekte al de interesse van CNN met deze ‘taxi van de toekomst’. Toen het bedrijf voor een Zwitserse veerdienst tien ramen nodig had, bleek Curve Works de partij die het snelst en goedkoopst kon leveren.

Tahira: “Toen we de tekening binnen hadden, konden we beginnen. We warmden het materiaal op en lieten de machine zijn werk doen. In één klik van tekening naar product. Rapid manufacturing.” Hoe kan zo’n bedrijf Curve Works vinden voor zo’n klus? “Voordat wij operationeel waren, hadden we al een website”, zegt Tahira. “Toen zagen we al dat mensen ons vonden op basis van zoektermen als ‘curved panel’. Die site hielp ons bij de marktanalyse: krijgen we belletjes en e-mailtjes? Dat bleek zo te zijn. En zo heeft SeaBubbles ons dus ook gevonden.”

SeaBubbles

SeaBubbles watertaxi

Tahira springt op de machine, op het vlak van twee bij vier meter waarop de platen gebogen worden. Dat gaat volgens het principe van thermovormen, legt ze uit. Opwarmen, vormen, koelen en harden. “We spuiten niks, alles komt droog op de mal. Clean manufacturing: geen dampen.” De specificaties worden via het programma Rhino3D omgezet in een CAD-ontwerp. Vervolgens vormt de mal zich naar die tekening.

“We hebben een geavanceerd apparaat, maar de nabewerking is dat nog niet.”

Tahira: “We hebben een geavanceerd apparaat, maar de nabewerking is dat nog niet. Zodra een paneel gebogen is, moet het uitgesneden en getrimd worden, langs de omtrek die een laserprojector op het vlak schijnt. Dat is heel arbeidsintensief.” Om dat te automatiseren, heeft Curve Works hulp van externen nodig. Tegelijk is dit precies het soort project dat SMITZH graag ondersteunt.  SAM|XL, één van de zeven SMITZH-fieldlabs, is een centrum op de TU Delft Campus gespecialiseerd in het automatiseren van de productie van composieten constructies.

SAMXL

Experiment met robotarm (niet die voor Curve Works) in het fieldlab. Beeld: SAM|XL

Automatiseren is niet eenvoudig, vertelt Didier van der Horst, werkzaam bij SAM|XL. “Veel bedrijven weten niet waar ze moeten beginnen, het ontbreekt ze aan ruimte en ze willen hun huidige proces niet verstoren. Ook moet je veel nieuwe technieken samenbrengen, die specialistische bedrijven niet beheersen. Wij zijn er als non-profit organisatie voor om die drempels weg te nemen en bedrijven door het doolhof te leiden. Het komt erop neer dat je je je Research & Development versnelt door binnen de SAM|XL-community de eerste stappen richting smart advanced manufacturing te zetten.”

“Onze community is de brug tussen maakbedrijven en robotleveranciers.”

Dat is veel goedkoper dan alles zelf doen, legt Van der Horst uit. “Je wordt lid van een community waarin experts, zoals een programmeur of automatiseerder, en apparatuur, zoals een robot, gedeeld worden. Onze community is de brug tussen maakbedrijven en robotleveranciers.” Elk maakbedrijf in de composietenbranche kan bij het fieldlab aankloppen, verzekert hij. Er wordt dan eerst bekeken of SAM|XL de benodigde technieken kan leveren of ontwikkelen. En of de visie van het fieldlab past bij de ambitie van het maakbedrijf. Bij groen licht wordt het project opgetuigd: er wordt een technisch team geformeerd, het bedrijf wordt participant in SAM|XL en dan is het “samen innoveren”. SAM|XL richt zich nadrukkelijk op de bedrijven die een productielijn voor enkelstuks of kleine series hebben.

Freesgereedschap aan robotarm

Om Curve Works verder te helpen, faciliteert SAM|XL experimenten met freesgereedschap aan een robotarm. “We willen de markt openbreken voor kleine scheepswerven”, zegt Tahira. “Als zij op de traditionele manier een composieten jacht maken, zijn ze miljoenen kwijt aan infrastructuur. Met onze methode heb je geen grote mal of oven meer nodig, alleen een skelet waar panelen op geklikt worden. Zoals metalen rompen gemaakt worden, zo kan dat straks ook met kunststof rompen.”

tahira_presentatie

Tahira Ahmed, algemeen directeur van Curve Works, presenteert haar adaptieve mal. Foto: Curve Works

Hoeveel impact zo’n innovatie kan hebben? Een composieten romp is twee keer zo licht als een metalen exemplaar, waardoor het schip veel minder diep ligt. Dat betekent minder energie voor dezelfde vaarsnelheid. Op dat moment van creatieve destructie koerst Curve Works, met wind in de zeilen van SAM|XL. In de woorden van Francois Geuskens: “We buffelen totdat het een succes is.”

Links:

Informatie over de SAM|XL Community

Promotiefilm over Curve Works, presentatie door Tahira Ahmed

Tahira Ahmed in februari 2018 in een Duurzaam-item op RTL7

Geluidloos fragment Curve Works-mal in actie (29 oktober 2018)

Instructiefilmpje Adapa (het Deense bedrijf dat de mal leverde)

 

Inspiratiecase: VAF Instruments – slimmer productonderdelen identificeren met minder fouten

Kunnen we ons productieproces verbeteren door te werken met moderne Vision-technieken en zo ja, hoe? Dat is de vraag waar VAF Instruments een antwoord op kreeg middels een SMITZH-voucher. Afgelopen zomer deden zij samen met FME, SMR Automation en RoboHouse een haalbaarheidsonderzoek naar oplossingen voor het automatisch aflezen van materiaalcoderingen. Het onderzoek is inmiddels afgerond. Resultaat: een advies met een eenvoudiger administratie, kleinere foutkans, minder handmatige controles en een betere ontsluiting van informatie.

Van de productie van meetinstrumenten tot datamanagement

Het in Dordrecht gelegen VAF Instruments is wereldmarktleider in maritieme meet- en regelsystemen. Het bedrijf bestaat al meer dan 80 jaar en levert producten en diensten aan de grote spelers in de maritieme- en procesindustrie. Om te horen hoe het haalbaarheidsonderzoek is verlopen en wat het heeft opgeleverd, interviewden we Marcel van Beveren, Quality Manager bij VAF Instruments.

SMITZH - VAF Instruments | © Verkijk

Marcel van Beveren | © Foto: Daniel Verkijk

Marcel, die ooit zelf begon als service engineer buitendienst, werkt al meer dan 26 jaar voor de organisatie. Dat is weinig in relatie tot sommigen van zijn bijna 100 collega’s, die al meer dan 40 ‘VAF-jaren’ er op hebben zitten. Niet alleen uit het aantal werkjaren, maar ook uit de passie waarmee Marcel over zijn werk vertelt, blijkt wat een bijzonder bedrijf VAF Instruments is.

Waar de nadruk in de beginjaren vooral lag op de productie van meetinstrumenten, ligt de focus van het bedrijf nu op prestatiemanagement. Marcel: “De kosten van een schip zitten voor zo’n 75% in de brandstof. Als je op de juiste wijze de gemeten data weet te interpreteren, kan het schip al snel enkele procenten bezuinigen op de brandstofkosten. Dat kan een eigenaar van een schip miljoenen opleveren.”

Naast flowmeters[1], viscositeitsdichtheidsmeters[2] en torsie-stuwdrukmeters[3]  is datamanagementsysteem IVY daarom een belangrijk product van VAF Instruments. “Met IVY kan de eigenaar op kantoor realtime de data analyseren van een schip dat ergens ver op zee vaart. VAF Instruments kan daarbij assisteren. De sensoren uit onze meetinstrumenten maken inzichtelijk of er bijvoorbeeld gebreken aan de schroef zijn of dat het schip te vuil is, waardoor de stuwkracht en de prestatie van het schip veranderen. Ook kunnen we schepen op basis van metingen adviseren om alleen het dok in te gaan wanneer dat echt nodig is. Dat bespaart enorm veel kosten.”

Het scannen van chargenummers met Vision-technologie: haalbaar?

VAF Instruments is zich zeer bewust van de mogelijkheden van nieuwe technologieën en lijkt een programma als SMITZH niet nodig te hebben om te innoveren. Marcel: “Wij zijn een innovatief bedrijf en hebben onze eigen R&D-afdeling. Er zijn echter zoveel interessante projecten om op te pakken die ontzettend veel manuren kosten, dat we keuzes moeten maken. Door gebruik te maken van de voucherregeling via SMITZH hebben we dit onderzoek inhoudelijk grotendeels door SMR Automation[4] uit kunnen laten voeren en hadden we hier zelf weinig omkijken naar.” FME bracht VAF Instruments op de hoogte van de mogelijkheden via SMITZH en in contact met de juiste partners om het project uit te voeren. Ook de projectorganisatie en procesanalyse werden door FME uitgevoerd. Fieldlab RoboHouse droeg SMR Automation aan als ideale expert voor dit vraagstuk, stelde hun testcentrum beschikbaar voor technische validatie en bewaakte de neutraliteit en kwaliteit van het proces en advies.

Marcel: “Het werken met externe partijen ontzorgt en geeft een frisse blik van buiten waardoor mogelijk nieuwe kansen gespot worden. Door een kleine financiële investering vanuit onszelf en die van SMITZH hebben we veel sneller inzichten vergaard dan wanneer we dit allemaal zelf uit hadden moeten zoeken.”

In het huidige productieproces bij VAF Instruments zetten medewerkers chargenummers van productonderdelen over in het digitale systeem en controleren dit. Waar nodig krijgen onderdelen een papieren streepjescode toegevoegd. Omdat met ieder menselijk handelen de kans op fouten toeneemt en het proces vertraagt, is VAF Instruments op zoek naar digitaliseringsmogelijkheden. In het haalbaarheidsonderzoek is onderzocht of de chargenummers, die door de leveranciers wegens omgevingseisen in de materialen geperst, gestanst of gegoten worden, met technieken als OCR, EAST-tekst en Tesseract-herkenning ingescand kunnen worden.

Resultaten en vervolg: legio mogelijkheden voor nieuwe innovaties

Omdat de afdrukken op alle productonderdelen zo verschillend zijn, concludeerde SMR Automation dat de beste oplossing voor het verbeteren van het proces niet in moderne cameratechnieken ligt. Aanbeveling van het onderzoek is om in ieder productonderdeel een datamatrix te graveren. Dit is een soort QR-code waarin informatie opgeslagen kan worden. Voordeel hiervan is dat je met de meest simpele smartphone de data al kunt uitlezen. Een ander voordeel van deze oplossing is dat je niet alleen het chargenummer kunt koppelen aan het productonderdeel, maar bijvoorbeeld ook het type product, een website en informatie over reserve-onderdelen kunt vastleggen.

Marcel: “Wij zijn blij met het advies uit het onderzoek. In het nieuwe jaar starten wij intern met een projectgroep om dit advies te realiseren. De koppeling tussen data en het product zal ons tijd besparen tijdens het productieproces en in het natraject.” Het haalbaarheidsonderzoek heeft niet alleen een basis gelegd voor een volgende stap, maar ook aangewakkerd tot tal van ideeën voor nieuwe innovaties. Marcel: “Hoe fantastisch zou het zijn om geen handleidingen en certificaten meer mee te hoeven sturen met de levering. Door een simpele scan wordt de juiste informatie direct zichtbaar voor de eindgebruiker. Weg met de papierrompslomp, die in de praktijk toch vaak moeilijk vindbaar is aan boord van een schip.”

[1] Meet de doorstroming en/of hoeveelheid gas, damp of vloeistof die zich door een buis beweegt.

[2] Meet de stroperigheid van een vloeistof.

[3] Meet de spanning die ontstaat door draaiing van een as.

[4] SMR Automation is inmiddels opgeheven. Fieldlab RoboHouse biedt gelijkwaardige hulp bij het doen van een haalbaarheidsonderzoek.

Meer informatie

Ben jij een Zuid-Hollands bedrijf en heb je ook interesse in een haalbaarheidsonderzoek? Neem dan vrijblijvend contact op, wij kijken graag of we ook jou kunnen helpen. Vragen specifiek over deze pilot kunnen gesteld worden aan Marco Kirsenstein van FME.

Inspiratiecase: RAMLAB – Flexible Manufacturing

Flexible Manufacturing is een aanpak om productiekosten te verlagen. Automatisering wordt zo ingericht dat er gemakkelijk kan worden geschakeld tussen diverse producten en seriegroottes en dat kleine veranderingen probleemloos worden opgevangen. Deze Smart Manufacturing techniek is zeer interessant voor de productie van kleine series en enkelstuks. Als je kleinschalig produceert, kun je je immers geen fouten, vertragingen en afval veroorloven. Samen met meerdere partners onderzocht fieldlab RAMLAB deze nieuwe manier van produceren voor 3D-metaalprinten. Het SMITZH kiemproject verliep zo succesvol dat het een vervolg krijgt.

Gezamenlijk testen en ontwikkelen in een fieldlab
Fieldlab RAMLAB doet onderzoek naar het 3D printen van grote metalen onderdelen samen met bedrijven en academische instellingen. Meerdere RAMLAB partners deelden afgelopen jaar dezelfde onderzoeksbehoefte. Onder andere Shell, Man Energy Solutions, Ahrenkiel Steamship, voestalpine, Linde, Allseas, Element en VandeGrijp toonden interesse in Flexible Manufacturing voor 3D-metaalprinten ook wel Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) genoemd. De bedrijven willen allen meer inzicht in of en hoe zij deze nieuwe techniek kunnen toepassen in hun eigen productieomgeving. Om het project te versnellen, kregen zij hiervoor vanuit SMITZH financiële ondersteuning (kiemprojectregeling). RAMLAB kan de opgebouwde kennis weer gebruiken om andere maakbedrijven te adviseren over de haalbaarheid van 3D-metaalprinten voor hun producten.

Wereldwijd uniek onderzoek
Deze zomer is het project dat ongeveer een jaar duurde afgerond. Tijdens het project stonden twee onderzoeksvragen centraal: Kunnen we een monitoring en control applicatie ontwikkelen? en Is het mogelijk om met meerdere materialen tegelijk te werken en wat zijn daar de parameters voor? Vragen waar wereldwijd nog maar weinig kennis over gedeeld wordt, doordat deze productietechnologie nog zo jong is en een groot concurrentievoordeel op kan leveren. Dat maakt dit SMITZH project zo bijzonder.

Monitoring & control: want elke print moet meteen goed zijn
Bij flexibele manufacturing is het essentieel dat een product direct goed geproduceerd wordt, je maakt er immers maar één of enkele van. Vincent Wegener van RAMLAB: “Bij massaproductie werk je bijvoorbeeld met een mal. De kosten om die te gieten zijn laag per product, omdat je er heel veel van maakt. Je kunt daardoor wat extra tijd en geld besteden aan het optimaliseren van je mal. Bij 3D-metaalprinten moet elke print echter meteen goed zijn. Daarom zul je alle parameters tijdens het printen realtime in de gaten moeten houden.”
In dit project is door RAMLAB een allereerste stap gemaakt in de software ontwikkeling van een dergelijke monitoring en control applicatie. De 3D-printer (Een lasrobot systeem van Valk Welding) moet hiervoor worden uitgerust met allerlei camera’s en sensoren die bijvoorbeeld de temperatuur of kwaliteit van het lasblad meten en realtime zichtbaar maken in een gebruikersapplicatie.

Multimaterialen om goedkoper en duurzamer te produceren
Bij het 3D-metaal printen uit één materiaal kunnen de kosten soms hoog oplopen. Vincent: “Een scheepsschroef moet bijvoorbeeld corrosiebestendig zijn. Corrosiebestendig materiaal is erg duur. In dit project hebben we onderzocht of en hoe je met meerdere materialen één product kunt printen. Je wilt misschien sommige delen hol maken en enkel een laagje aan de buitenzijde voorzien van een corrosiebestendige coating.”
Ook over het printen met multimaterialen is wereldwijd nog weinig bekend. Samen met onderzoekers van de TU Delft heeft RAMLAB in dit project een eerste stap gemaakt in het in kaart brengen van ideale parameters om de kwaliteit van producten te garanderen die bijvoorbeeld corrosie-, slijtage- of hittebestendig zijn of waarvan het materiaal heel duur is, gepolijst moet zijn om goed op andere onderdelen aan de sluiten of juist heel licht moet zijn om te kunnen functioneren.
Vincent: “Wij hebben diverse muurtjes geprint van verschillende combinaties van materialen. Onderzoekers van de TU Delft hebben hiermee materiaalkundig onderzoek uitgevoerd en zijn er bijvoorbeeld mee gaan experimenteren in zoutbaden. Dit heeft tot eerste inzichten geleid van de juiste parameters als je materialen samenvoegt tijdens het printen.”

Vervolgstappen onderzoek Flexible Manufacturing
Bedrijven die deelnemen in het consortium van RAMLAB krijgen ieder kwartaal de voorlopige onderzoeksresultaten gepresenteerd in het fieldlab en eventueel worden er nog presentaties en rapporten nagezonden. De partners die deelnamen aan dit project zijn zeer tevreden over de resultaten en zien graag een vervolg van het onderzoek.
De monitoring en control applicatie kan dan van betaversie naar een 1.0 versie doorontwikkeld worden. In het multimaterialen onderzoek kunnen er nog meer parameters aan de database toegevoegd worden. Wat zijn slimme combinaties en hoe maken we die?
Vanuit SMITZH is er financiering beschikbaar om ook dit vervolgproject te ondersteunen. Daarnaast heeft RAMLAB afgelopen week een Horizon2020 voorstel ingediend om het consortium uit te breiden naar 20 Europese partners om zo het onderzoek op te schalen en te versnellen.

Heb jij als bedrijf ook interesse in flexible manufacturing voor grootschalig 3D-metaalprinten?

Inspiratiecase: Boers & Co Augmented Reality

Augmented Reality (AR) in een productieomgeving, wat levert dat op? Die vraag staat centraal in de pilot die Boers & Co en TNO momenteel doen. Samen onderzoeken zij wat AR-ondersteuning betekent bij het handmatig assembleren van productonderdelen. Hoe verloopt de interactie tussen medewerker en techniek? Zijn er daadwerkelijk resultaten in kwaliteit en doorlooptijd op te merken? En zo ja, wegen die op tegen de investeringen die je moet doen?

Guided manufacturing: ondersteuning bij complex en nieuw werk

Veel complexe en sterk variërende taken binnen de industrie zijn nog steeds mensenwerk. Wel komt er meer en meer technologie beschikbaar om mensen daarbij te ondersteunen (guided manufacturing). Denk aan exoskeletten, cobots, AR-brillen en AR-projectietechnologie. Reinier Könemann van TNO doet onderzoek naar de toepassing van guided manufacturing bij het inwerken van nieuwe medewerkers, het effect op werkplezier en het kwaliteitsverschil bij het ondersteunen van complexe processen.

Samen met Ward Bingley, Manager Operations bij Boers & Co MechaTronica Industrie, toetst hij de toegevoegde waarde van AR-technologie in een bestaand assemblageproces. Boers & Co produceert en assembleert fijne product(onderdelen) uit diverse materialen voor bijvoorbeeld reddingsuitrustingen, instrumenten voor oogchirurgie en aerospace. Het bedrijf werkt veel met flexkrachten, waardoor inleren vaak nodig is. De verwachting is dat dit met een AR-systeem/instructie met minimale inspanning van ervaren medewerkers kan.

SMITZH spreekt met Frits (L), Reinier (M) en Ward (R) over de pilot bij Boers & Co

SMITZH spreekt met Frits (L), Reinier (M) en Ward (R) over de pilot bij Boers & Co

Smart Joints in elkaar zetten vergt precisie

Medewerker Frits Koole assembleert SmartJoints. De SmartJoint is een productonderdeel van het exoskelet van Laevo, een mechanisch harnas om je rug te ontlasten tijdens voorovergebogen houdingen. Frits staat aan een flexibel in te richten werktafel met 42 bakjes vol verschillende productonderdelen en krijgt stap voor stap aanwijzingen op de tafel en bakjes geprojecteerd over wat hij moet doen.

Reinier: “Ik heb de fysieke werkopstelling bij Boers & Co precies gelaten zoals die was. Het enige wat TNO tijdens de pilot toegevoegd heeft, zijn twee projectoren, een camera, de nodige sensoren en een lcd-scherm. Vervolgens ben ik een paar dagen kwijt geweest aan het programmeren van de stappen en toevoegen van plaatjes en teksten.”

Frits: “Door de toevoeging van AR word je verplicht om het proces stapsgewijs te volgen. Vergeet ik de lijm te pakken, dan registreert een sensor dat. Er wordt een rode kleur geprojecteerd op mijn hand en ik kan simpelweg niet verder naar de volgende stap. Dat is wel echt anders dan het werken met een papieren handleiding of stickers met nummers.”

Van batch productie naar one-piece-flow

De AR-instructie helpt bij de switch die Boers & Co wil maken van assembleren in batch naar one-piece-flow. One-piece-flow is het produceren en verplaatsen van één item per keer (of kleine en consistente hoeveelheden per keer) door een serie van processtappen. Dit gebeurt zo geleidelijk mogelijk, waarbij alleen wordt gemaakt wat de volgende stap nodig heeft. Dit is het tegenovergestelde van klassieke batch productie waarbij grote hoeveelheden ineens gemaakt worden, liggen te wachten en weer verder gaan in het proces. Het grote voordeel van one-piece-flow is dat er veel soorten verspillingen geëlimineerd kunnen worden (waaronder overproductie, wachten en kwaliteitsproblemen).

Flexibel leveren in kleine aantallen tegen hoge kwaliteit

Ward: “Veel van onze klanten vragen om een flexibele productie gekoppeld aan hun eigen processen. Voorraad kost immers geld. Tegen de tijd dat we een oplage geproduceerd hebben, kunnen onze klanten al weer iteraties aan het ontwerp hebben doorgevoerd. Dit vraagt maximale flexibiliteit. Middels Quick Response Manufacturing, werken we in kleine series en proberen we voorraden in de supply chain te voorkomen. Mensen doen niks bewust verkeerd. Maar in een complexe samenstelling is een vergissing snel gemaakt, helemaal als de series klein zijn. Dan neemt de kans hierop toe. Ik wil weten of de inzet van AR helpt bij het verminderen van het aantal fouten. En of de kosten daarvan opwegen tegen de kwaliteitsverbetering.”

Met behulp van AR worden aanwijzingen op het werkblad, de bakjes en de hand van Frits geprojecteerd.

Met behulp van AR worden aanwijzingen op het werkblad, de bakjes en de hand van Frits geprojecteerd.

Meten, meten, meten…op zoek naar balans

Reinier: “In de pilot meten we alles. Hoe lang een medewerker over de stappen doet, welke stappen veel tijd kosten of mogelijk fouten opleveren. Dankzij Boers & Co hoefden we geen 0-meting te doen. Het bedrijf had al veel data om aan ons te overhandigen.”

Ward:  “Binnen Boers & Co zijn alle machines connected. We zijn een smart factory. We zetten flink in op IoT en Big Data, we hebben al een pilot gedaan met het tellen van onze voorraad met een drone, sensoren meten trillingen, temperaturen en andere parameters in onze machines en we zijn bezig met de implementatie van cobots waar het kan en binnenkort rijdt hier een AIV rond (redactie: Autonomous Intelligent Vehicle, een zelfstandig rijdende intelligente transportrobot). Omdat we altijd door willen bouwen aan onze smart factory, hebben we al nagedacht over hoe we dit soort AR-systemen straks kunnen plaatsen in ons nieuwe pand wat in februari 2020 gereed is. Wij sturen niet alleen op het verkorten van de tijd dat we met een product bezig zijn, maar willen de totale doorlooptijd van het productieproces verkorten. Dat betekent optimaliseren door wachttijden weg te nemen en fouten te voorkomen.”

Reinier: “Uiteraard wil je precies weten hoeveel het voorkomen van een fout je kost. Je bent op zoek naar balans. Waar die ligt, maken we met deze pilot meer inzichtelijk. We gebruiken de resultaten uit deze pilot om generieke uitspraken te doen die relevant zijn voor andere type processen of bedrijven die deze technologie willen toepassen.”

Ervaring en leercapaciteit

Ward: “Op dit moment kunnen we nog niets over de resultaten zeggen; maar ik heb het idee dat ik al kwaliteitsverschillen zie.”

Frits: “Het werken met de AR, maakt het inleren makkelijk. Inmiddels weet ik wel hoe de SmartJoint in elkaar moet zetten. Toch houdt het systeem me scherp. Het is niet storend.”

Reinier licht toe dat er in een volgende pilot ook getest kan worden met de flexibiliteit van het AR-systeem. Nu is het statisch en ziet Frits dezelfde stappen als gisteren. Er zouden aanpassingen kunnen komen naar ervaringsniveau en/of leercapaciteit. Bijvoorbeeld de informatie reduceren op basis van het aantal herhalingen of de snelheid waarmee een bepaalde stap doorlopen wordt.

Vervolgstappen

De werkopstelling bij Boers & Co is bij publicatie van dit artikel verdwenen. Bedrijven met interesse kunnen een soortgelijke demo-opstelling bekijken in fieldlab RoboHouse. TNO voert op dit moment analyses uit op de verzamelde data. Op 23 oktober wordt een afsluitende workshop georganiseerd bij RoboHouse voor iedereen met interesse. Deelnemers kunnen er aan de slag met een canvas om te bepalen of, en waar zij de AR-technologie in kunnen zetten en wat het oplevert binnen hun bedrijf. Tijdens deze bijeenkomst worden de resultaten gedeeld van het overkoepelende SMITZH project guided manufacturing. Ook Ward en Reinier zullen hier hun bevindingen terugkoppelen.

Inspiratiecase: RoboHouse – verpakkingswerk met robots en AR

Werkse! is sterk in werk. Zij begeleiden Delftenaren met een afstand tot de arbeidsmarkt naar werk. Ongeveer 13 maanden geleden kwamen Hans van Zeijl, manager van Werkse!, en Marcel van der Voort, manager Outsourcing, van Van der Valk Systemen met elkaar in contact. Nu vormen zij een krachtig koppel. Zij bewijzen dat nieuwe technologie nieuw perspectief biedt voor mensen met een afstand tot de arbeidsmarkt.

Aanleiding: verpakkingswerk

Hans: “We zagen via een andere opdrachtgever dat Van der Valk Systemen diverse systemen maakte voor zowel de tuinbouw als de solar branche. Veel van onze werknemers doen nu verpakkingswerk. Omdat dit werk afneemt en de mensen meer kunnen dan alleen een zakje plakken en een schroefje vastdraaien, zochten we naar alternatieven. In het contact met Van der Valk Systemen zag ik een kans.”

Marcel: “Van der Valk Systemen groeit snel. Het is dan belangrijk rust te creëren in de verschillende productieprocessen. We stonden voor de vraag: gaan we opschalen of uitbesteden? Vanuit onze visie op Maatschappelijk Verantwoord Ondernemen zijn wij al bekend met sociale werkplaatsen en besteden hier ook aan uit. Als beide partijen goed samenwerken is dit een win-winsituatie. Met Hans van Werkse! had ik direct een klik. Hun bedrijfsfilosofie past erg goed bij de onze.”

Hans: “Het beeld bestaat dat nieuwe technologie kwetsbare mensen in de weg staat. Maar hier kan het ons juist gaan helpen. Vorig jaar heb ik een klein projectje gedaan in samenwerking met de Haagse Hogeschool. Het ging daarbij om werkzaamheden waarbij een fijne motoriek nodig is om hele kleine materialen beet te pakken. Wanneer je dit veelvuldig moet doen, raak je het gevoel ervoor kwijt. Techniek helpt dan.”

De pilot: AR inzet bij RoboHouse

Werkse! en Van der Valk Systemen hebben via SMITZH geld gekregen om een pilot te draaien met nieuwe technologie. Samen met TNO zetten zij een nieuw instructiesysteem op. Werknemers worden met lichtsignalen de weg gewezen naar de volgende stap in het productieproces van de componenten van Van der Valk Systemen. De pilot wordt gedaan in fieldlab RoboHouse in Delft. Als het daar werkt, dan zal er bij Werkse! 3 tot 6 weken getest worden met de medewerkers. Daarna wordt er geëvalueerd. Als blijkt dat de nieuwe technologie bijdraagt aan de vaardigheid van werknemers, kan dit ook worden ingezet bij bijvoorbeeld solderen of het bewerken van elektrische bedrading.

Marcel: “Van der Valk Systemen heeft innovatie hoog in het vaandel staan. Dat zie je terug in de producten. Sinds 1963 ontwikkelen we hoogwaardige systemen voor de glastuinbouw. In 2009 hebben we dit uitgebreid met de ontwikkeling van slimme bevestigingsmaterialen voor zonnepanelen. Mede hierdoor zijn we gegroeid van 30 naar 90 medewerkers. Zonder technologische ontwikkelingen zou dit niet mogelijk zijn. Techniek dient de mens. Wat voor Van der Valk Systemen geldt, geldt ook voor Werkse!.”

De techniek die in deze pilot wordt ingezet heet Augmented Reality (AR). AR betekent letterlijk “het toevoegen van informatie aan de werkelijkheid”. Een smart beamer projecteert werkinstructies (biiv foto’s, tekst, filmpjes, een pijl) voor de operator stapsgewijs op het werkblad of het product. Een camera ziet dat de medewerker een onderdeel heeft gepakt of geplaatst, waardoor automatisch de volgende werkinstructie wordt geprojecteerd. TNO ontwikkelt demonstrators en doet onderzoek naar de effectiviteit van dergelijke nieuwe AR technologie samen met bedrijven (zoals met Werkse!) en Fieldlabs (zoals in Robohouse).

 

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.

Simulatie van een reparatie van een smeedstuk met WAAM op Valk Welding E-frame

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.

VIDEO: 4 SMITZH fieldlabs in beeld RoboHouse, DZHF, RAMLAB en DFC

In deze video van het landelijke Smart Industry programma worden voorbeelden getoond van succesvolle fieldlabs. De video bevat maar liefst 4 van de fieldlabs die in SMITZH participeren: RoboHouse, de Duurzaamheidsfabriek (DZHF), RAMLAB en de Digital Factory for Composites (DFC). De fieldlabtrekkers komen in beeld in de omgeving van hun fieldlab.

VIDEO: SMITZH explanimation (NED) wat doen we voor jou

In deze video leggen we zo beknopt mogelijk uit waarom het belangrijk is dat jij aan de slag gaat met slimme maaktechnologie en wat we voor jou kunnen beteken.

VIDEO: verslag Dare2Cross Smart Production event

Krijg hier een indruk van Dare2Cross Smart Production op 20 februari 2019 georganiseerd in fieldlab De Duurzaamheidsfabriek in Dordrecht door InnovationQuarter en Drechtsteden.