De manier waarop machineonderdelen worden ontworpen en geproduceerd, blijft zich ontwikkelen. Naast bekende metaalbewerkingstechnieken zoals draaien, frezen en lassen zijn er nieuwe productiemethoden bijgekomen. 3D-printen is daar een goed voorbeeld van. Met deze techniek wordt een onderdeel laag voor laag opgebouwd aan de hand van een digitaal ontwerp.

3D-printen vervangt de bestaande technieken in de machinebouw niet zomaar. Daarvoor verschillen de toepassingen en eigenschappen te veel. De techniek biedt echter wel mogelijkheden voor specifieke onderdelen, prototypes en complexe vormen. In combinatie met digitalisering en slimme software verandert dit de manier waarop bedrijven naar het ontwerp en de productie van machineonderdelen kijken.

Technologische ontwikkelingen binnen de machinebouw

Machinebouw is altijd afhankelijk geweest van technische ontwikkelingen. Moderne machines worden digitaal ontworpen en veel metaalbewerkingen worden tegenwoordig uitgevoerd met CNC-gestuurde apparatuur. Hierdoor kunnen onderdelen nauwkeurig en herhaalbaar worden geproduceerd.

De laatste jaren is software een nog grotere rol gaan spelen. Ontwerpsoftware wordt uitgebreider, productieprocessen worden steeds verder geautomatiseerd en beschikbare data kan worden gebruikt om processen bij te sturen. Ook kunstmatige intelligentie kan daarbij een hulpmiddel zijn, bijvoorbeeld bij het analyseren van gegevens of het ondersteunen van ontwerp- en productieprocessen.

Deze ontwikkelingen maken het mogelijk om vooraf steeds nauwkeuriger te bepalen hoe een onderdeel geproduceerd moet worden. Het digitale ontwerp vormt daarbij de basis. Dat zien we bij CNC-bewerking, maar ook bij 3D-printen.

Hoe werkt 3D-printen van machineonderdelen?

Bij traditionele verspanende metaalbewerking wordt materiaal verwijderd om tot de gewenste vorm te komen. Tijdens het frezen wordt bijvoorbeeld materiaal van een blok metaal weggehaald. Bij 3D-printen werkt dit anders. Het onderdeel wordt juist opgebouwd door materiaal laag voor laag aan te brengen.

Deze manier van produceren wordt ook wel additive manufacturing genoemd. Het proces begint met een digitaal 3D-model. Dit model wordt door software vertaald naar de afzonderlijke lagen die de printer vervolgens produceert.

3D-printen is bij het grote publiek vooral bekend vanwege het printen met kunststof, maar er bestaan ook technieken voor metaal. Hierdoor kunnen daadwerkelijk metalen onderdelen worden geproduceerd. Welke printtechniek en welk materiaal geschikt zijn, hangt onder meer af van de toepassing en de eisen die aan het onderdeel worden gesteld.

Meer ontwerpvrijheid voor complexe onderdelen

Een interessant voordeel van 3D-printen is de ontwerpvrijheid. Bij traditionele metaalbewerking moet tijdens het ontwerpen rekening worden gehouden met de mogelijkheden en beperkingen van de gebruikte machines en gereedschappen. Een frees moet een oppervlak bijvoorbeeld kunnen bereiken om materiaal te verwijderen.

Bij 3D-printen gelden andere beperkingen. Hierdoor zijn vormen mogelijk die met traditionele bewerkingen moeilijk of alleen via meerdere productiestappen gemaakt kunnen worden. Denk bijvoorbeeld aan onderdelen met interne kanalen of ingewikkelde geometrieën.

Dit betekent overigens niet dat 3D-printen voor ieder complex machineonderdeel automatisch de beste keuze is. Materiaal, gewenste nauwkeurigheid, oppervlaktekwaliteit, productietijd en kosten blijven bepalend voor de keuze van een productiemethode.

Van prototype naar bruikbaar machineonderdeel

Een bekende toepassing van 3D-printen binnen de machinebouw is het produceren van prototypes. Een digitaal ontwerp kan relatief snel worden omgezet in een fysiek model. Daarmee kan worden bekeken of bijvoorbeeld de vorm en maatvoering aansluiten bij het ontwerp voordat een definitief onderdeel wordt geproduceerd.

Dat kan vooral tijdens de ontwikkelfase praktisch zijn. Eventuele wijzigingen zijn eerst in het digitale ontwerp door te voeren, waarna een nieuwe versie kan worden gemaakt.

De mogelijkheden gaan inmiddels verder dan prototypes. Afhankelijk van het materiaal, de printtechniek en de eisen aan het product kan 3D-printen ook worden ingezet voor functionele onderdelen. Bij kleine aantallen of zeer specifieke onderdelen kan dat interessant zijn, omdat er niet altijd aparte productiegereedschappen nodig zijn.

Voor grotere series blijft een andere productietechniek in veel gevallen praktischer en efficiënter. De keuze moet daarom per onderdeel worden gemaakt.

Minder materiaalverlies door een andere manier van produceren

3D-printen kan ook interessant zijn vanuit het oogpunt van materiaalgebruik. Bij verspanende technieken wordt een deel van het uitgangsmateriaal verwijderd. Dat materiaal komt bijvoorbeeld vrij in de vorm van spanen. Bij additive manufacturing wordt het materiaal veel gerichter aangebracht.

Dat betekent niet dat 3D-printen volledig zonder materiaalverlies werkt. Ook bij deze productiemethode kan restmateriaal ontstaan en kunnen nabewerkingen noodzakelijk zijn. Wel biedt de techniek mogelijkheden om bij bepaalde producten efficiënter met materiaal om te gaan.

Daarnaast kan de ontwerpvrijheid worden gebruikt om onderdelen alleen materiaal te geven op plaatsen waar dit technisch noodzakelijk is. Zo kan in bepaalde toepassingen gewicht worden bespaard zonder dat het onderdeel zijn benodigde functie verliest.

3D-printen en traditionele metaalbewerking naast elkaar

De komst van 3D-printen betekent niet dat technieken als draaien en frezen verdwijnen. In de praktijk kunnen traditionele metaalbewerking en 3D-printen elkaar juist aanvullen.

Een geprint metalen onderdeel kan bijvoorbeeld nog een nabewerking nodig hebben om een oppervlak of aansluiting op de juiste maat te krijgen. Hiervoor kan vervolgens een conventionele of CNC-gestuurde metaalbewerking worden gebruikt. Ook lassen en andere bewerkingen blijven relevant wanneer verschillende onderdelen moeten worden samengevoegd.

Bij Techno Welding kijken we bij metaalbewerking en machinebouw vooral naar wat een onderdeel nodig heeft. De productietechniek moet passen bij het materiaal, de gewenste maatvoering, het aantal producten en de toepassing. Een nieuwe techniek is daarbij vooral interessant wanneer deze in de praktijk daadwerkelijk iets toevoegt.

Een extra mogelijkheid binnen de machinebouw

3D-printen geeft ontwerpers en machinebouwers een extra productiemethode om rekening mee te houden. Vooral bij prototypes, kleine aantallen en onderdelen met complexe vormen kan de techniek mogelijkheden bieden die met traditionele productiemethoden lastiger te realiseren zijn.

Tegelijkertijd blijven bestaande metaalbewerkingstechnieken belangrijk. Draaien, frezen, lassen en andere bewerkingen hebben ieder hun eigen toepassingen en voordelen. De ontwikkeling zit daarom niet alleen in het vervangen van bestaande technieken door nieuwe technologie, maar vooral in het slim combineren van de beschikbare mogelijkheden.

Zo wordt per machineonderdeel bekeken welke productiemethode praktisch en technisch het beste aansluit. Dat blijft uiteindelijk de basis voor een goed productieproces.