Additive Manufacturing (AM)
De afgelopen jaren is Additive Manufacturing (AM – additieve productie) uitgegroeid tot de ‘heetste’ trend als het gaat om metaalproductie in de lucht- en ruimtevaartsector. De sterke punten en voordelen ervan zijn al vele malen benadrukt voor verschillende toepassingen en in uiteenlopende use cases. Een bijzonder relevante toepassing van AM is de productie van reserveonderdelen op locatie en met een korte doorlooptijd. Deze toepassing is met name interessant voor militaire operaties, omdat de noodzaak voor voortdurende bevoorrading wordt verminderd zonder dat dit ten koste gaat van de beschikbaarheid van middelen.
Bij het Metal Additive Manufacturing Technology Centre (MAMTeC) van NLR doen onze experts onderzoek naar de on-site productie van reserveonderdelen met behulp van andere AM-technologieën die beschikbaar zijn bij ACM3-faciliteiten: laserpoederbeddepositie (L-PBD) en direct energy deposition (DED). Om nieuwe mogelijkheden op dit gebied te onderzoeken, heeft MAMTeC in 2020 haar scala aan technologieën uitgebreid met Fused Filament Fabrication (FFF). Vorig jaar startte MAMTeC een technologische samenwerking met Ultimaker, voor de productie van FFF-onderdelen en met Xerion, voor het sinteren en ontbinden van de metaalcomponent uit epoxy, ondersteund door Defensie Materieel Organisatie (DMO).
Uwe Lohse, CEO en oprichter van Xerion Berlin Laboratories, legt het voordeel van deze manier van 3D-printen uit: “FFF is een uiterst efficiënte en groene technologie, omdat 100% van het metaalpoeder wordt gebruikt, zonder verspilling op steunen of verontreiniging in het poederbed.” Met name de investering in het Xerion Fusion Factory Compact-systeem is een aanvulling die NLR, in samenwerking met DMO en TNO, mogelijk heeft gemaakt en die gunstig is voor alle partijen die aan MINDbase werken, waaronder MARIN.
Samenwerking
Zoals alle Nederlandse onderzoeksinstellingen heeft NLR een lange staat van dienst als het gaat om projecten voor DMO. Toch heeft NLR zich, samen met TNO, MARIN en DMO, gecommitteerd aan MINDbase, ondersteund door NLR Living Lab team, bij MINDbase vertegenwoordigd door Werner van ’t Hull, R&D Engineer bij NLR.
Hans Kuijper, Hoofd Innovatiecentrum DMO/MIND van het ministerie van Defensie, benadrukt het belang van samenwerking: “Alleen door elkaars sterke punten te combineren, kunnen ontwikkelingen efficiënt plaatsvinden en de eerste keer tot goed resultaat komen. Zeker op het gebied van 3D-printen, waar elk moment nieuwe technologieën en producten ontstaan, is het belangrijk om kennis en faciliteiten te delen om de leercurve zo steil mogelijk te houden en producten te implementeren die aan behoeften voldoen.” Daarnaast zegt Hans: “De belangrijkste eigenschap voor veel militaire toepassingen is dat de focus ligt op ‘bijna gebruiksklare’ producten, bestand tegen transport in een tank of op ruw terrein, en producten die onder alle omstandigheden kunnen worden gerepareerd.” Met dit in het achterhoofd startte NLR een onderzoek naar welke AM-oplossingen het meest geschikt zouden zijn voor de behoeften van DMO.
Fused Filament Fabrication
Timo Osinga, R&D engineer bij NLR, is verantwoordelijk voor het onderzoek naar FFF. Hij vertelt: “Defensietoepassingen zijn gericht op snelle oplossingen, het moet goed genoeg zijn om spullen draaiende te houden maar het hoeft niet perfect te zijn. Hoewel 3D-printtechnologieën nog een weg te gaan heeft om het hoge niveau van perfectie, kwaliteit en veiligheid te verkrijgen dat vereist is voor de civiele lucht- en ruimtevaartmarkt, is ze wellicht goed genoeg voor reserveonderdelen voor militaire middelen tijdens gevechtsoperaties of missies, waar het niet mogelijk is om te wachten op een pakketje met reserveonderdelen. Additieve productie heeft daarom de aandacht van DMO getrokken als ondersteuning van de productie van reserveonderdelen op locatie. Wat DMO nodig heeft, is ondersteuning bij het identificeren van de beste technologieën en producten voor hun doel. De expertise van MAMTeC is een toegevoegde waarde tijdens deze zoektocht”.
“Ik beschrijf het systeem als uniek”, verklaart Uwe de specifieke keuze voor het Xerion Fusion Factory Compact-systeem. “Vooral omdat de debinding- en sinterfase zijn ondergebracht in één machine die bijzonder robuust en compact is, en slechts 1 vierkante meter ruimte in beslag neemt. Daarnaast is het ontworpen voor gebruik in gevaarlijke en zware omgevingen. Het systeem kan bovendien met een kraan worden getransporteerd, omdat de besturingseenheid robuust is uitgevoerd.” Het systeem is geschikt voor een breed scala aan metalen en keramische materialen, een groot voordeel bij reparaties op locatie.
“Om aan de behoefte van DMO te voldoen, bleken Xerion en Ultimaker een veelbelovende combinatie, gezien de materiaalkeuze en de compactheid en robuustheid van beide systemen”, voegt Timo toe. “Met deze opstelling hebben we al verschillende kleinere maar volledig functionele onderdelen kunnen maken. De ambitie is nu om de mogelijkheden voor grotere onderdelen te onderzoeken en modellen te ontwikkelen waarmee vóór het printen de uiteindelijke vorm kan worden bepaald, mogelijke vervormingen kunnen worden vermeden en een print in één keer goed kan worden uitgevoerd.”
NLR MAMTeC is op zoek naar nieuwe partners die geïnteresseerd zijn in deze technologie. Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Timo Osinga.
