Winkelmand

Geen producten in je winkelwagen.

Rapid manufacturing

Rapid manufacturing
Je leest nu: Rapid manufacturing

De eerste industriële revolutie startte met de uitvinding van de stoommachine. De uitvinding van de chip ontketende de tweede. Misschien dat met rapid manufacturing de derde in aantocht is. "Eenvoudige consumentenproducten print je straks thuis uit".

 

Met rapid manufacturing (RM) ‘print' je producten zelf. De tekening en/of het ontwerp maak je zelf, koop je in of haal je op via internet. Daarmee verkrijg je een product zonder tussenkomst van een fabrikant, een distributeur, een logistiek dienstverlener, ja zelfs zonder de tussenkomst van een retailer.

Stel je voor: je koffiezetapparaat geeft er de brui aan, precies op het moment dat je bezoek krijgt. Je gaat online en klikt op het model dat je wenst. Je downloadt een CAD-tekening van het ontwerp, rekent af en drukt op de printknop. Een kwartiertje later klik je enkele onderdelen aan elkaar en je nieuwe koffiezetapparaat is klaar voor gebruik.

Science fiction? Geenszins. Met de snelle ontwikkeling van 3D-printers (lees: machines die producten driedimensionaal printen/fabriceren) lijkt de tijd dat we thuis onze producten maken niet meer ver verwijderd. De fabriek verplaatst zich naar de huiskamer, de rol van fabrikant verwordt tot designer, marketeer en verkoper. "Dat gebeurt vooral voor de kleine consumentenproducten", nuanceert Kees Buijsrogge, bij TNO Industrie & Techniek bezig met business development voor rapid manufacturing. "De tijd dat we thuis een auto printen en in elkaar schroeven ligt nog ver voor ons. Maar onderdelen van die auto thuis downloaden en printen; dat ligt in de nabije toekomst".

Rapid prototyping

Wetenschappers en ingenieurs zijn al jaren bezig om producten thuis te kunnen fabriceren. Neil Gershenfeld, verbonden aan het Center for Bits and Atoms van het Massachusetts Institute of Technology (MIT), staat aan de wieg van het fenomeen, samen met John Canny van het Berkeley College of Engineering. Jaren geleden stortten zij zich op het fenomeen van rapid prototyping. Gewone printers werden omgebouwd van tweedimensionaal naar driedimensionaal om snel prototypes te kunnen maken van nieuw ontworpen producten. Zodat ontwerpers snel kunnen voelen of die nieuwe telefoon inderdaad goed in de hand ligt. Of in de handtas van mevrouw past.

Toen dat eenmaal goed werkte, ontstond het idee om geen prototypes maar volwaardig werkende producten te printen, bestaande uit verschillende materialen, kleuren en waar nodig voorzien van alle elektronica.

Sinds Gershenfeld en Canny zich bezighouden met de vele vraagstukken rondom dit thema, krijgen zij gezelschap van wetenschappers over de hele wereld. Elke nieuwkomer geeft het fenomeen een aangepaste naam. Met als gevolg dat er geen eenduidige benaming is voor het instant fabriceren van producten. Sommigen noemen het personal fabrication, anderen 3D-printing, weer anderen desktop manufacturing of rapid manufacturing.

In Nederland is TNO actief. Binnen het kerngebied Industrie & Techniek ontwikkelt de afdeling Rapid Manufacturing prototypes van nieuwe, verbeterde printers. De patenten daarvan licenseren ze vervolgens aan bedrijven.

Veel sneller

Rapid manufacturing is sneller dan de traditionele manier van fabriceren. De reden: bij RM zijn geen (giet)mallen nodig. Een machine bouwt een product laagje voor laagje op aan de hand van een computermodel of CAD-tekening. Bijvoorbeeld met een laserstraal die over het oppervlak van steeds een nieuw laagje metaal- of kunststofpoeder beweegt en op de juiste plaats het poeder aan elkaar smelt. Of met een machine die laag voor laag een vloeibaar kunststof op de gewenste dwarsdoorsnede spuit of uithardt. De nieuwste, gespecialiseerde 3d-printers kunnen zelfs titanium printen. Ze worden gebruikt om eenmalige producten te maken voor Formule-1 auto's en vliegtuigen.

RM wordt al veel toegepast voor het maken van prototypes. De materiaal- en machinekosten zijn nu nog vaak te hoog om ook aantrekkelijk te zijn voor de serie- of massaproductie van eindproducten. Maar daar komt verandering in, denkt TNO'er Kees Buijsrogge: "Je merkt op dit moment een verschuiving in het toepassen van 3D-printing naar het maken van eindproducten die je daadwerkelijk kunt gebruiken. Dat gaat van kunst tot auto-onderdelen. Het echte geld wordt nu verdiend in de gehoorapparatenindustrie, met op maat gemaakte plastic behuizingen."

Implantaten

Vooral medische bedrijven zien op dit moment de voordelen van RM. Implantaten, tandkronen, protheses: allemaal kunnen ze tegenwoordig automatisch op maat gemaakt worden. Een scanner legt het betreffende lichaamsdeel in een computermodel vast, waarna de printer het maatproduct fabriceert.

TNO is op dit moment onder andere druk met de ontwikkeling van het zogenaamde hoogviskeus inktjetprinten. Daarmee kan een printer custom made implantaten van bio-compatibel en bio-afbreekbaar materiaal fabriceren. "Het ultieme doel binnen dit project is het maken van een kaakimplantaat van materiaal waarin lichaamseigen bot opnieuw kan groeien", zegt Buijsrogge. "Het geïmplanteerde materiaal wordt vervolgens door het lichaam afgebroken."

Om dergelijke producten te kunnen ‘printen' is een machine nodig die een aantal verschillende hoogwaardige en uithardbare materialen selectief door elkaar kan printen. De technologie is inmiddels zover dat ze goed werkt bij (kunststof) producten en/of onderdelen die geen elektronica bevatten. Zoals een plastic chassis voor de afstandbediening waar je op bent gaan staan. Of het waterreservoir en de padhouder van je Senseo. Dergelijke onderdelen komen er perfect uit.

Ook de prijzen van de printers die deze onderdelen produceren komen met de dag meer binnen bereik van gewone stervelingen. Een serieuze 3D-printer kost op dit moment zo'n 40.000 dollar, twee jaar geleden was dat nog 400.000 dollar. Maar er zijn er ook al voor 5.000 dollar te koop. De eerlijkheid gebied wel te zeggen dat een complete metaalprintmachine nu nog minimaal 700.000 euro kost.

Printable electronics

Maar daarmee zijn we er niet. De problemen beginnen bij producten waar elektronica in zit, zoals het eerder genoemde koffiezetapparaat. Alle onderdelen komen perfect uit de printer, maar koffiezetten, ho maar.

Daarom wordt er nu koortsachtig gestudeerd op printable electronics, elektronica die je kunt printen. De eerste resultaten zijn daar al mee geboekt. Twee Duitse elektronicabedrijven zijn er inmiddels in geslaagd RFID-tags te printen. Deze minuscule en steeds goedkoper wordende chips kunnen informatie bevatten die door externe apparaten kan worden uitgelezen. Voeg je bijvoorbeeld een RFID-tag toe aan kleding dan kan de wasmachine deze uitlezen. En bijvoorbeeld het juiste wasprogramma kiezen.

Ook TNO zegt deze techniek te beheersen. "Maar dat betekent nog niet dat we compleet werkende IC's of printplaten uit een 3d-printer kunnen laten rollen. Dat duurt echt nog een jaar of wat. Hoe lang bij benadering? Nou, eerder tien dan honderd jaar, maar ergens daar tussenin", zo verwacht Buijsrogge.

Vermogen

De TNO'er waarschuwt voor al te hoge verwachtingen. "Het is niet zo dat de fabriek zijn beste tijd heeft gehad. RM is voorlopig een prachtige techniek voor kunststof en metalen onderdelen van machines of apparaten én voor eenmalige producten. Zo hebben wij onlangs een metalen veerconstructie geprint die anders niet te maken is. Ook maakten we een uniek inlaatspruitstuk voor een auto. Als je daarvan een spuitgietmal moet laten maken, kost dat ene exemplaar een vermogen. Nu print je het zo uit."

Tegelijkertijd verwacht Buijsrogge dat de impact van RM op het bedrijfsleven groot zal zijn. "Het zal veel nieuwe bedrijvigheid veroorzaken. Met onderdelen en producten die je straks thuis uit de printer laat rollen."

Wie deze ontwikkeling tot zich door laat dringen concludeert dat consumenten straks voor design gaan betalen in plaats van voor producten. En dat zet de deur wagenwijd open voor de doe-het-zelf-designer. Iedereen met een goed idee en een dito CAD-tekening, kan dan fabrikantje spelen.

De RepRap repliceert zichzelf

De Engelse ingenieur Dr. Adrian Bowyer, verbonden aan de universiteit van Bath, werkt al enige tijd aan de zogeheten RepRap, een open-source 3D-printer die in staat is zichzelf te printen. Binnen vier jaar moet het ding in staat zijn al zijn eigen onderdelen te printen, zodat gebruikers het apparaat gemakkelijk en oneindig kunnen repliceren. RepRap wil zijn 3D-printer aan iedereen beschikbaar stellen, zelfs aan kleine gemeenschappen in de derde wereld.

Critici vrezen dat het werk van Bowyer het einde van het kapitalisme zal inluiden. Voorstanders zeggen juist dat zijn werk een nieuwe industriële revolutie zal ontketenen. Bowyer zelf vraagt zich af of de RepRap de potentie heeft ‘to make a dent in the entire concept of money'.