Introductie
Wat gisteren nog een abstract idee was in je hoofd, ligt vandaag als tastbaar prototype op je bureau. Additive manufacturing, beter bekend als 3D-printen, heeft zich in korte tijd ontwikkeld tot een onmisbare schakel in ons engineeringsproces.
Door een 3D-print garden letterlijk naast de CAD-werkplek met SOLIDWORKS te zetten, ontstaat een directe koppeling tussen ontwerp en realisatie. Je hoeft niet te wachten op een extern productieproces: terwijl jij naar huis gaat, bouwt de printer verder aan jouw idee. De volgende ochtend ligt het tastbare resultaat klaar: een functionele validatie die direct laat zien of je ontwerp technisch klopt, of bijstelling vereist.
Bij MechDes Engineering maken we al enkele jaren intensief gebruik van 3D-print technologie als tool voor ontwerpvalidatie, functionele tests en productie van kleine series. Niet als gimmick, maar als integraal onderdeel van ons engineeringsproces.
Feedback binnen 24 uur met additive manufacturing
3D-printen helpt om sneller inzicht te krijgen in complexe vraagstukken. Het maakt het mogelijk om snel een idee te toetsen, een ontwerp te voelen, of samen met collega’s om een geprint model heen te staan en de discussie te voeren op basis van iets tastbaars. Dat versnelt niet alleen het denkproces, maar ook de besluitvorming.
Doordat we additive manufacturing slim hebben geïntegreerd in onze werkwijze, kunnen we snel itereren zonder in te leveren op kwaliteit of veiligheid. Het helpt ons om de ontwikkeltijd te verkorten én flexibeler te reageren op veranderende inzichten. Voor ons is dat geen toekomstmuziek, maar dagelijkse praktijk.
"Ik kom in de ochtend vol enthousiasme weer op het werk om door te lopen naar de 3D-printers en mijn ideeën gerealiseerd te zien."
Vooral in onze innovatieve engineeringprojecten, waar snel geschakeld moet worden, biedt dit enorme voordelen. Additive manufacturing versnelt innovaties door prototypes binnen 24 uur aan te passen en herzien, wat traditionele productiemethoden overtreft. Het stelt ons in staat om dagelijks te experimenteren, te printen en opnieuw te beoordelen. Het allermooiste is dat het de ideeënmachine van Ernst en zijn collega engineers op dagelijkse basis aanwakkert.
De evolutie: van Proof of Concept naar een serieuze print garden
Sinds de eerste experimenten is het 3D-printen bij MechDes in de afgelopen jaren geëvolueerd van een R&D-tool naar een geïntegreerd onderdeel van onze engineering-aanpak. Inmiddels beschikken we over een eigen print garden met vier high-end printers van Bambu Lab die gezamenlijk dagelijks bijdragen aan projecten. [p/]
Waar we ons jaren geleden nog afvroegen: "Is dit model wel volwassen genoeg om te printen?” of "Voegt het überhaupt iets toe?”, is die twijfel inmiddels volledig verdwenen. Door te doen, te delen en samen met collega’s te pionieren – waarbij Tijmen is uitgegroeid tot een ware 3D-print evangelist – is printen nu een vanzelfsprekend onderdeel van ons proces. Zo ondervangen we bijvoorbeeld Design for Assembly-issues al vóór de eerste machine in productie gaat, dankzij een volledig geprint prototype waarmee we gericht kunnen valideren.
"Samenwerken met een 3D-printer is alsof je elke dag een cadeau krijgt. Met als beloning de validatie of je goed onderweg bent of juist niet."
Het gaat verder dan alleen vorm en passing: we gebruiken prototypes ook om functionele eigenschappen te testen én om grip te krijgen op complexe 3D-puzzels. Denk aan printdelen voor tooling, beschermkapjes, of zelfs klantdelen in kleine series. Doordat het instapniveau van printtechnologie sterk is gedaald, kunnen steeds meer engineers zelfstandig aan de slag, onafhankelijk van hun 3D-print kennis.
Praktijkvoorbeeld: 3D-geprinte tandwielen voor serieproductie
In een recent project maakten we bewust al in de ontwerpfase de keuze voor kunststof tandwielen. Die keuze was technisch goed te onderbouwen: kunststof zorgt voor geluidsreductie, is aanzienlijk lichter dan metaal en heeft het bijkomende voordeel dat er geen smering nodig is, wat de onderhoudslast verlaagt en het ontwerp vereenvoudigt.
Een standaard 'off-the-shelf' tandwiel voldeed echter niet aan onze eisen. Het optredende vermogen van de aandrijving speelde hierbij een belangrijke rol. Daarnaast was de combinatie van maatvoering, geometrie en materialen die we nodig hadden, simpelweg niet als standaard koopdeel verkrijgbaar. In plaats van concessies te doen aan het ontwerp, kozen we ervoor om zelf de regie te houden en schakelden we over op 3D-printen met PLA.
Binnen zeer korte tijd hadden we een functioneel prototype geprint, waarmee we het ontwerp fysiek konden valideren op:
- buigspanning
- contactspanning
- tandgeometrie
- gedrag onder belasting
Dankzij die snelle feedback konden we de laatste optimalisaties direct doorvoeren. Door de combinatie van ontwerpvrijheid, snelheid en betrouwbaarheid bleek additive manufacturing ook hier opnieuw een echte versneller: niet alleen in de ontwikkelfase, maar ook in de stap naar serieproductie.
"Dankzij snelle validatie en directe iteratie leverden we in korte tijd een geprint tandwiel dat voldeed aan alle technische eisen – én klaar was voor serieproductie."
Het eindresultaat? Een volledig functioneel tandwiel, geprint in kleine serie, dat voldeed aan alle technische specificaties en probleemloos in het eindproduct is toegepast.
Slimme materiaalkeuzes, met oog voor veiligheid
Dankzij onze jarenlange ervaring met FEM-analyses met Ansys weten we dat over-engineeren zelden de beste oplossing is. Less is more en duurzaam, doordacht ontwerpen zit diep verankerd in ons DNA. Dat principe passen we ook toe in de keuzes die we maken voor onze prototypingmaterialen.
Hoewel de wereld van 3D-materialen steeds breder wordt, hebben we bij MechDes bewust gekozen voor PLA als standaardmateriaal. De keuze is gemaakt op basis van sterkte, kwaliteit, betrouwbaarheid, reproduceerbaarheid en de veiligheid van onze medewerkers.
Materialen zoals PLA-CF (met koolstofvezel versterkt PLA) of PLA met toevoegingen zoals koper- of bronspoeder kunnen tijdens het printen schadelijke deeltjes of dampen afgeven, vooral bij onvoldoende ventilatie. Standaard PLA is in dat opzicht een bewuste en veilige keuze, zonder concessies aan de functionele toepasbaarheid voor het overgrote deel van onze prototypetoepassingen.
Gelukkig staat materiaalontwikkeling niet stil. Denk aan multimateriaalprints, functionele gradaties binnen een onderdeel of geprinte structuren die mechanisch gedrag slim beïnvloeden (bijvoorbeeld buigzaam in één richting en stijf in de andere). In combinatie met softwareontwikkeling zorgt dit voor ontwerpen die met traditionele productiemethoden ondenkbaar waren.
We volgen deze ontwikkelingen op de voet en staan klaar om ermee te experimenteren zodra ze veilig zijn én aantoonbaar meerwaarde bieden voor onze engineering-uitdagingen.
Zo neemt onze 3D-print evangelist Tijmen vanaf september deel aan het Test Before Invest-programma op Perron038 in Zwolle met ondersteuning van Lectoraat Kunststoftechnologie van Windesheim. Tijmen leidt het 3D-metaalprinten-traject en werkt aan het herontwerp van een End Of Arm Tool: een geïntegreerd robotonderdeel waarin mechanische beweging, pneumatiek en elektronica nauw op elkaar zijn afgestemd.
Een mooie volgende stap in onze ontdekkingstocht binnen additive manufacturing. Wordt vervolgd!
Toekomst: ontwerpen met de logica van morgen
We zien additive manufacturing niet als eindpunt, maar als opstap naar een nieuw tijdperk in engineering. Waar vandaag de focus nog vaak ligt op prototyping, opent de technologie deuren naar functionele eindproducten, kleine series en zelfs klantspecifieke massaproductie. Maar de echte versnelling komt van software.
Vooral ontwikkelingen op het gebied van Computational Design (nTop , LEAP 71), parametrisch ontwerpen en topologie-optimalisatie gaan het werk van engineers fundamenteel veranderen. Deze tools maken het mogelijk om ontwerpen automatisch te genereren en te optimaliseren, afgestemd op de specifieke sterkte-eisen, belastingen én printmogelijkheden. Waar je vroeger als engineer een vorm tekende en daarna toetste of het maakbaar was, begint het ontwerp straks bij de functie en volgt de vorm vanzelf, gegenereerd vanuit algoritmes.
"Het zal steeds normaler worden dat je als engineer niet meer alleen ontwerpt voor maakbaarheid, maar direct voor printbaarheid – en daarmee vrijwel realtime feedback krijgt op je ontwerp."
Deze verschuiving vraagt ook om een andere mindset. Engineers worden steeds meer ‘systeemdenkers’ die ontwerp, simulatie en productie niet als losse stappen zien, maar als één doorlopend iteratief proces. Door koppelingen met printsoftware en simulatiemodules kun je straks realtime inzicht krijgen in de gevolgen van een ontwerpkeuze op gewicht, sterkte, printtijd of kosten.
Over MechDes Engineering
Bij MechDes Engineering vertalen we met 100 engineers complexe technische vraagstukken naar maatwerkoplossingen door middel van geavanceerde engineering. We werken samen vanuit vakmanschap en grondige expertise om de visie van onze klant waar te maken.
Hierbij geloven we in techniek die denken en doen dichter bij elkaar brengt. Prototypes zijn daarbij geen einddoel, maar een middel om sneller tot betere producten te komen. Daarom investeren we continu in kennis, technologie en samenwerking.
Additive manufacturing is voor ons dus geen los gereedschap, maar een integraal onderdeel van onze visie: We engineer your vision met de tools van morgen en de nieuwsgierigheid van vandaag.
