Geprezen door sommige waarnemers als "een industriële revolutie voor het digitale tijdperk", heeft snelle productie het gezicht van de maakindustrie al geruime tijd veranderd. Velen geloven dat 3D-printtechnologie ontwerp en productie democratiseert, toegankelijker maakt en minder afhankelijk is van schaalvoordelen. Traditionele productiemethoden komen vaak met onbetaalbare toolingkosten, wat betekent dat kleinere bedrijven en particulieren vaak uit de markt worden geprijsd als het gaat om productontwikkeling. 3D-printen is al geprezen als een game-wisselaar en het heeft bedrijven in staat gesteld om productievorderingen te maken die voorheen ondenkbaar waren.

Hier bij Freshome zijn we geïntrigeerd door het proces van 3D-printen en we wilden meer te weten komen over deze disruptieve technologie die de maakindustrie radicaal verandert. Gelukkig was er een expert in het veld om een ​​paar van onze vragen te beantwoorden. Dr. Phil Reeves is de Managing Director en Principal Consultant bij Econolyst Ltd, een in het Verenigd Koninkrijk gevestigde additive manufacturing (AM) & 3D-printing consultancy & researchfirma die samenwerkt met een breed scala van klanten in Europa, Noord-Amerika, het Midden-Oosten, het Verre Oosten en Afrika. Dr. Reeves adviseert leveranciers van additieve productiesystemen bij toekomstige bedrijfs- en technologiestrategieën en technologiegebruikers over de zakelijke voordelen van AM-acceptatie.

Wat is 3D-printen precies?

3D-printen is een term die wordt gebruikt om een ​​reeks opkomende technologieën te beschrijven die tastbaar product produceren uit driedimensionale computergegevens. De technologie wordt in de industrie vaak "Additive Manufacturing" genoemd, omdat de aanpak werkt door 2-dimensionale lagen materiaal, laag voor laag, aan elkaar te hechten tot het 3D-deel voltooid is.

3D-printen bestaat al meer dan 20 jaar, welke vooruitgang is er in die tijd geboekt?

Vroege 3D-drukmachines werden alleen gebruikt om Rapid Prototyping (RP) -modellen te gebruiken tijdens productontwikkeling. Deze vroege RP-modellen hadden een zeer beperkte sterkte en zouden vaak binnen enkele weken of zelfs dagen na fabricage vervormen of degraderen. Maar aangezien ze alleen werden gebruikt om de vorm of vorm van een product te beoordelen, was dat op dat moment acceptabel.

Aangezien de technologie volwassen is geworden, is het scala aan materialen dat voor ons beschikbaar is toegenomen en daarmee zijn verbeteringen in mechanische eigenschappen en levensduur bereikt. We kunnen nu onderdelen produceren in metalen zoals titanium of goud, polymeren zoals ABS, nylon en polycarbonaat of keramiek zoals aluminium of zirkonium.

Tegelijkertijd zijn de technologieën groter en sneller geworden, waardoor ze productiever en economischer zijn in termen van volumeproductie. Het is de koppeling aan verhoogde productiviteit met een grotere materiaalgeschiktheid die de technologie aanstuurt in mainstream-productietoepassingen in gebieden zoals orthopedische implantaten, dentale doppen en kronen, gehoorapparaten, gsm-behuizingen, prothesekapjes en interieurproducten voor thuis.

Hoe wordt 3D-druktechnologie gebruikt in de interieurindustrie?

Interessant genoeg was thuisinterieur een van de eerste toepassingen waar 3D-printing echt werd gebruikt om producten te vervaardigen, in plaats van alleen prototypes. Rond de eeuwwisseling begonnen enkele jonge creatieve ontwerpers die waren blootgesteld aan RP-technologieën aan de universiteit, met de oprichting van bedrijven die 3D-geprinte interieurproducten verkopen, van lampen en fruitschalen tot meubels en kunst.

Waarschijnlijk de meest invloedrijke was Janne Kyttanen bij Freedom of Creation. Janne begreep de kracht van 3D-printen in termen van een zakelijke enabler. Hij was in staat om een ​​bedrijf op te richten dat geometrisch complexe producten verkoopt die voorheen ondenkbaar waren, zonder dat er eerst kapitaalinvesteringen in gereedschappen nodig waren. Via internet kon hij producten verkopen nog voordat ze werden geproduceerd, door kleine partijen op aanvraag te laten produceren door externe bedrijven die hadden geïnvesteerd in de 3D-printtechnologie om de RP-industrie te bedienen.

Andere bedrijven zoals Materialize MGX begonnen al snel met het samenvoegen van 3D geprinte interieurproducten van meerdere ontwerpers en deze te vermarkten via meer traditionele interieurwinkels. Andere ontwerpers van 3D-drukproducten, zoals Lionel Dean van Future Fabrieken, zijn een partnerschap aangegaan met bestaande interieursfabrikanten zoals Kundalini-verlichting in Italië, die hun kanalen gebruiken om 3D-geprinte producten op de markt te brengen.

En hoe wordt het gebruikt door architecten?

Op dit moment is 3D-printen nog steeds een snel prototype-instrument voor architecten. Naarmate meer en meer architecten zijn overgestapt van 2D Computer Aided Design (CAD) -software naar 3D CAD-software, hebben ze de koppeling tussen 3D CAD en 3D-printen kunnen benutten. Architecten produceren nu regelmatig zeer gedetailleerde modellen van gebouwen, interieurs, 3D-locatieplannen en zelfs hele masterplannen voor herontwikkelingen, mogelijk gemaakt door 3D-printen te koppelen aan topologische scanning- en satellietgegevens. Het is zelfs mogelijk om gegevens uit een specifiek geografisch gebied uit Google Earth te extraheren en 3D dit als hulpmiddel voor hoofdplanning af te drukken.

We zien nu dat sommige bedrijven 3D-technologie specifiek voor de bouwsector ontwikkelen, zoals D-Shape.D-shape heeft een grootschalig 3D-afdruksysteem ontwikkeld dat teruggewonnen marmerpoeder of zand gebruikt, dat wordt geconsolideerd door een bindmiddel in het materiaal te spuiten. D-Shape produceert nu relatief grote (circa 5M hoge) architecturale producten zoals tuinhuisjes, kiosken, parkbanken en meubels. Andere onderzoeksgroepen kijken naar het opschalen van 3D-printen verder voor de productie van hele gebouwen, maar ik denk dat dit misschien een decennium of twee is verwijderd van realiteit zijn, of helemaal niet.

In welke mate zijn markttrends en consumentenverwachtingen aanleiding voor 3D-printen?

Er is op dit moment zeker veel interesse en hype rond 3DP. Enerzijds is dat een goede zaak. Aan de andere kant moeten we er wel op letten dat we de mogelijkheden van de technologie niet overdrijven. De technologie is zeer goed in het reageren op een aantal markttendensen, zoals de markt voor meer stilistische en individuele covers van mobiele telefoons. De technologie heeft ook gereageerd op de groei van onlinecomputergaming en sociale netwerken, waardoor personages en avatars voor online games kunnen worden gerealiseerd tot tastbare, maar gepersonaliseerde producten.

Maar er zijn nog steeds beperkingen op het gebied van proceseconomische en materiële vermogens. Er is een verwachting dat op een dag 3D-printen vrijwel alles kan afdrukken, zelfs thuis, uit potten en pannen, tot kapotte onderdelen van wasmachines, douches of de afstandsbediening van de tv. De realiteit is dat we jaren verwijderd zijn van dergelijke systemen. Maar we hebben al relatief basissystemen gericht op de consumentenmarkt die geschikt zijn voor de fabricage van basisspeelgoed, games en curiosa.

Welk effect heeft 3D-printen op ontwerp- en productieprocessen?

Een van de belangrijkste aspecten van 3D-printen is de mogelijkheid om complexe geometrieën te produceren met weinig tot geen kosten. 3D-printen wordt vaak gebruikt om producten te maken die onmogelijk te produceren zijn met traditionele processen zoals spuitgieten van kunststof. Ontwerpers benutten deze geometrische flexibiliteit door steeds hogere niveaus van productdifferentiatie mogelijk te maken. Uiteindelijk hoeft geen enkel 3DP-product hetzelfde te zijn.

Deze batchproductie met één eenheid is ook een dwingende reden voor de productie-industrie. In het verleden was de productie-economie altijd gebaseerd op het produceren van voldoende componenten om de kosten van vaste activa, zoals de matrijsgereedschappen, te dekken. Maar zodra u de behoefte aan de matrijzenhulpmiddelen weghaalt, verandert het economische model dramatisch.

Het proces van 3D-printen levert enkele voordelen op voor zover het de toeleveringsketen betreft. Kun je deze voordelen uitleggen?

3D-printen is niet alleen een disruptieve technologie die wordt gebruikt om vormen, gieten of verspanen te vervangen, het is een technologie die bedrijven in staat stelt anders te denken over hun supply chains, en wat nog belangrijker is de waardeketen en interactie met de klanten binnen hun bedrijf. Er zijn echt zes belangrijke voordelen in deze waardeketen die het resultaat zijn van de implementatie van 3D-printen.

• Digitaal en gereedschapsloos produceren - voor een hogere productvariant en kleinere economische batchproductie om specifieke geografische, demografische of sociale trends te ondersteunen
• Exploitatie van ontwerpvrijheden - het mogelijk maken van producten met toenemende niveaus van geometrische complexiteit, met weinig of geen kostenbesparingen
• Productpersonalisatie mogelijk maken - koppelen van laagvolume productie in batchgrootten van één met complexe geometrie om geïndividualiseerde producten te realiseren
• Nieuwe ervaringen aanbieden in de detailhandel - de consument aanspreken op de productontwerpervaring via online of instore toegang tot intuïtieve softwaretools of 3D-scanning
• Aanpak van opkomende markten: koppeling van productpersonalisatie aan retailtoegankelijkheid voor een vergrijzende en veranderende bevolking
• Vergroening van de toeleveringsketen - vermindering van de voorraad, vermindering van het verpakkingsafval, vermindering van de logistiek en vermindering van de productie van CO2

In feite kan 3D-printen de supply chain volledig heroriënteren, omdat het de consument zowel aan de achterkant als aan de voorkant van de keten plaatst. Consumenten kunnen zich bezighouden met het initiële productontwerp, of ze kunnen on-demand bestellen, waarbij producten worden gemaakt na de uitwisseling van betaling. 3D-printen kan zowel een flexibele, snel reagerende supply chain mogelijk maken, maar ook een lean - we noemen het legile manufacturing.

Wat zijn de materiële beperkingen van 3D-printen en welke vooruitgang wordt er geboekt om deze beperkingen te overwinnen?

Zoals we hebben gezegd, hebben we nog steeds materiële beperkingen. Sommige zijn fysiek, sommige zijn economisch, sommige zijn esthetisch en sommige zijn milieuvriendelijk. 3D-printprocessen hebben nog steeds moeite om de mechanische eigenschappen van gegoten kunststoffen of metalen onderdelen vervaardigd uit vaste stof te bereiken. Maar er is veel werk gaande in laboratoria en universiteiten over de hele wereld om het scala aan materialen uit te breiden en te verbeteren wat we al hebben.

We zien ook dat meer bedrijven de toeleveringsketen voor materialen betreden, wat de kosten van grondstoffen drukt, wat natuurlijk de economie van de geproduceerde laatste onderdelen beïnvloedt. We zien ook een betere kleurdefinitie en transparantie, waardoor de esthetiek van onderdelen verbetert, samen met meer duurzame materialen zoals groene polymeren zoals Nylon 11 en PLA afkomstig van planten in plaats van olie. We hebben nog een lange weg te gaan, maar we gaan snel en gaan in de goede richting.

Wat zijn de belangrijkste struikelblokken voor 3D-printen dat een gangbare technologie wordt?

Zoals we al zeiden zijn materialen een probleem, maar dit kan tot op zekere hoogte worden beperkt door productontwerp.Economie is ook een probleem, omdat productie-3D-drukmachines en -materialen relatief duur en relatief langzaam zijn, waardoor de onderdelen die ze produceren duurder lijken dan die vervaardigd door massaproductietechnieken. Naarmate echter de materiaalprijzen dalen en de productiviteit toeneemt, wordt de economie van 3D-printen acceptabeler.

De andere belangrijkste beperking is kennis. Veel bedrijven begrijpen eenvoudigweg niet hoe ze 3D-printen moeten gebruiken of waar ze het in hun waardeketen kunnen positioneren. Hun huidige productieketen voelt zich kwetsbaar, hun productontwerpers begrijpen niet volledig hoe ze de geometrische voordelen moeten benutten en hun marketingfuncties worstelen om te begrijpen hoe 3D-printen in de waardeketen van klanten kan worden geïntegreerd. Ik denk dat dat is waar we als consultancybureau komen om bedrijven te helpen deze problemen te begrijpen, de technologieën te beoordelen, de businesscase te ontwikkelen en in de waardestroom te implementeren.

Met de komst van goedkope draagbare desktop 3D-drukmachines is er sprake van dat we deze binnenkort in onze huizen zullen hebben. Hoe waarschijnlijk is dit scenario?

Ik heb twee 3D-drukmachines in mijn huis en mijn kinderen zijn er dol op. Maar ja, een begrafenisondernemer heeft waarschijnlijk de vreemde kist van twee in de garage. Serieus, interesse voor thuis 3D-printen was de afgelopen jaren fenomenaal, net als de groei in bedrijven die machines maken om de markt te bedienen. De laatste keer dat we telden vonden we meer dan 40 bedrijven over de hele wereld die low-end printers voor thuisgebruik maakten voor consumenten. De meeste zijn gebaseerd op hetzelfde open-sourceontwerp van het extruderen van gesmolten polymeer door een mondstuk, maar sommige gebruiken andere benaderingen. Vorig jaar werden ongeveer 15.000 thuisprinters verkocht. We verwachten dat dit aantal dit jaar dichter bij de 60.000 komt (misschien meer). Dus niet elk huis - nog niet.

Op dit moment worden de meeste thuismachines gebruikt door mensen die geïnteresseerd zijn in de technologie of geïnteresseerd zijn in productontwerp. We zien steeds meer mensen kopen om hun hobby's te ondersteunen, of het nu gaat om het op afstand bedienen van vliegtuigonderdelen of het maken van op maat gemaakte kunstaas. Ze zijn geweldig vanuit een onderwijsperspectief - neem een ​​3D-printer, sommige cochenille-voedselkleuren, azijn en bicarbonaat van soda en je hebt het beste 'klasse-winnende' huiswerkproject voor de vulkaan ooit.

Welk advies zou u geven aan ondernemers die 3D-printing als een potentiële bedrijfsinvestering willen onderzoeken?

U moet uw markt kennen, uw klanten kennen en uw vaardigheden kennen. Er zijn veel mogelijkheden in de supply chain van het ontwerpen van 3D-geprinte producten, de detailhandel online of in de winkelstraat, het ontwikkelen van software-interfaces om anderen in staat te stellen deel te nemen aan het ontwerpproces, nieuwe materialen te formuleren, of voor mensen met diepere zakken, het opzetten van productiecapaciteit. . Voor bedrijven is de sleutel om de klantervaring en de waarde van de technologie te begrijpen. Voor sommige bedrijven is 3D-printen een stille enabler - waardoor het leven van bedrijven eenvoudiger wordt. Voor anderen is 3D-printen de 'hook', de reden waarom het product bestaat, de differentiator. Zodra bedrijven begrijpen hoe 3D-printen waarde kan toevoegen, moeten ze begrijpen hoe het moet worden gebruikt en wanneer het moet worden gebruikt, maar dat is een ander verhaal.

Freshome bedankt dr. Phil Reeves voor zijn deskundige inzichten in de wereld van 3D-printen. Alle afbeeldingen in dit artikel met dank aan Freedom of Creation