Bij een kleine rondgang laat dr. Ni Ya (31) een met een 3D printer gemaakt model zien van een tand voor een snijkopzuiger in de baggerindustrie. Het is een van de prototypes die hij de afgelopen maanden heeft gemaakt met behulp van de twee 3D-printers, een kleiner en een grotere, die sinds eind vorig jaar staan opgesteld in het RAMLAB in het Innovation Dock gevestigd in een van de grote fabrieksloodsen op het voormalige RDM-terrein op de Rotterdamse Heijplaat.
Tanden van een snijkopzuiger slijten erg snel en als een snijkopzuiger van een baggerschip ergens op de wereld in bedrijf is, moet er een constante aanvoer van reserve-onderdelen zijn om ze op tijd te kunnen vervangen. Maar in plaats van de tanden voortdurend naar verre orden te moeten invliegen, zou het natuurlijk mooi zijn als je ze ter plekke zou kunnen maken. Met een overal ter wereld inzetbare 3D-printer zou dat dus kunnen. Zie daar een voorbeeld van hoe de techniek van 3D-printing een mooie oplossing zou kunnen zijn voor een logistiek probleem in de wereldwijd opererende baggerindustrie. De 3D-printtechniek ontwikkelt zich razendsnel. Relatief dure objecten zoals protheses en gehoorapparaten worden al in drie dimensies uitgeprint. Ook voor de scheepvaart is dit een interessante innovatie. Schepen moeten in de haven vaak weken wachten op nieuwe onderdelen. En dat kost geld. Maar als een fabrikant de ontwerptekening opstuurt, kan het onderdeel ‘gewoon’ in Rotterdam worden geprint. Schroeven, propellers en andere onderdelen hoeven dan niet meer te worden verscheept. Dat scheelt tijd, geld én het is duurzamer.
Dr. Ni Ya laat in het RAMLAB al een prototype van een met behulp van 3D-printing geproduceerde scheepsschroef zien. In de loop van dit jaar moet er een prototype zijn geproduceerd te zien die ook in de praktijk zal worden beproefd. Deze zal in de loop van dit jaar nog gemonteerd worden onder een boot van scheepsbouwer Damen om op de Noordzee te worden getest.
Eerste Fieldlab
Voordat 3D-printing een wijdverbreide techniek in de maritieme industrie is, zal nog wel even duren maar sinds de opening op woensdag 30 november vorig jaar door Allard Castelein, CEO van het Havenbedrijf Rotterdam, van het RAMLAB (Rotterdam Additive Manufacturing LAB) is er een ontwikkeling in gang gezet die misschien ook wel eens heel snel zou kunnen gaan. Het Rotterdamse RAMLAB is het eerste zogeheten Fieldlab met 3D metaalprinters dat zich richt op de haven gerelateerde industrie. De 3D metaalprinters (ook wel additive manufacturing genoemd) worden gebruikt voor het ontwikkelen van kennis op het gebied van metaal printen, 3D ontwerpen en certificering. Het RAMLAB is door RDM Makerspace opgezet in samenwerking met Innovation Quarter en Havenbedrijf Rotterdam. Ondernemer Vincent Wegener bracht alle benodigde partijen bij elkaar en zocht een team van medewerkers bij elkaar om het project ten uitvoer te brengen. Zo reist de als materiaalkundige aan de Harbin Institute of Technology, een wetenschappelijk topinstituut op het gebied van lastechnieken in China, opgeleide Ni Ya voortdurend op en neer tussen zijn huidige woonplaats Enschede en de Rotterdamse Heijplaat. Hij is in Enschede terecht gekomen omdat hij na zijn studie in China aan de TU Twente zijn PhD (doctoraal) deed (2015) en sindsdien werkt aan projecten van de TU Twente en TU Delft.
Digitale modellen
De medewerkers van het RAMLAB zijn allen mensen die veel van metalen en de toepassing van software in productieprocessen weten. Die laatste kennis voor de monitoring van het productieproces van 3D-printing wordt ingebracht door softwareontwikkelaar IBM. Het ooit vooral als producent van computer-hardware bekende, maar tegenwoordig ook sterk op software gerichte IBM heeft een platform voor dataverwerking dat nodig is om de meetgegevens van het productieproces in een bruikbaar model te kunnen vertalen. “Je wilt uiteindelijk een digitaal model ontwikkelen waarmee je de lasrobot perfect een voorwerp kunt laten lassen of 3D printen,” zegt Wegener. Naast Ni Ya geeft Wegener een update van de fase waarin het RAMLAB zich nu bevindt. Dat is nu nog vooral de start-up fase van het zo diep mogelijk doorgronden van de gebruikte apparatuur. Dat zijn naast alle benodigde softwareprogramma’s allereerst de twee door Valk Welding BV uit Alblasserdam ingebrachte lasrobots. Valk Welding is een van de deelnemers van het eerste uur in de opzet van het RAMLAB. De lasrobots waarmee, zoals misschien bekend van beelden uit de moderne auto-industrie, metalen onderdelen aan elkaar worden gelast door het vloeibaar maken van het metaal.
Lasnaadjes op elkaar
Maar als je met lassen metalen vloeibaar maakt dan kun je er misschien ook wel iets heel nieuws van maken, het begin dus van 3D-printing. Valk Welding was in eigen huis al op beperkte schaal aan het experimenteren geslagen en was daarmee een ideale partner om het RAMLAB mee op te zetten. In plaats van een lasnaad tussen twee stukken metaal leg je met 3D-printing lasnaad op lasnaad op lasnaad. Waarbij het er om gaat dat er een perfecte aansluiting zonder luchtbellen ontstaat. Daarbij is de kennis van het gedrag van de gebruikte metalen van groot belang. Dat zijn vooral de ook van het lassen bekende metalen, de diverse staalsoorten, koper, aluminium, zink en brons. Naast de vele mogelijkheden kent 3D-printing ook zijn beperkingen vooral in snelheid en zekerheid. De snelheid zal altijd een ‘issue’ blijven. “Het is een langzamer en relatief duurder proces,” zegt Ni Ya. 3D-printing zal daarom vooral van toepassing zijn voor het maken van prototypes, one-offs of reserve-onderdelen. Bovendien is een probleem van 3D-printing dat een met deze techniek geproduceerd product nooit helemaal exact hetzelfde zal zijn als een volgend exemplaar. Bij het testen en maken van verschillende prototypes gaat het er om de afwijkingen zo gering mogelijk te maken en een voorspelbare kwaliteit te kunnen garanderen. Daarvoor is software en computerapparatuur van groot belang want computers kunnen veel beter rekenen dan mensen. Maar 3D-printing heeft ook een belangrijk voordeel van beperking van restmateriaal en afval. Bij andere manieren van het produceren van metalen producten, zoals het snijden uit platen of blokken of het gieten, ontstaat heel veel restmateriaal dat alleen maar opnieuw kan worden gebruikt door het tegen hoge kosten te smelten tot nieuwe blokken of platen. Om de kosten van dat restmateriaal binnen de perken te houden, is het dus van belang zoveel mogelijk producten tegelijk te produceren. Snijden en gieten is dus vooral van toepassing voor massaproductie van metalen onderdelen.
Efficiënte technologie
De 3D-printers werken volgens de zogenaamde ‘Wire Arc Additive Manufacturing’-technologie (WAAM), momenteel de meest geschikte technologie voor het fabriceren van grote metalen onderdelen. Deze technologie maakt gebruik van een elektrische boog als warmtebron en staaldraad als grondstof; de technologie heeft een paar technische voordelen en is aanzienlijk goedkoper en minder tijdrovend omdat er kant-en-klare stalen objecten gebruikt worden om objecten uit te printen. Als er bijvoorbeeld een propeller moet worden geprint, dan hoeft de lasmachine niet eerst de kern van het object te printen, maar hoeft ze enkel de bladen te lassen. Dat spaart een hoop tijd uit. Doel van het RAMLAB is om door Research & Development projecten, samen met partners, de WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing)-technologie commercieel inzetbaar te maken. Daarvoor werkt RAMLAB samen met partners toe naar een toekomst waarin onderdelen ‘on demand’ geprint kunnen worden. Inmiddels staan er twee WAAM-systemen in het Innovation Dock. Eén opstelling van vier bij drie meter heeft een manipulator die bijvoorbeeld scheepsschroeven kan printen. De andere robot kan over een rails van 6 meter schuiven om bijvoorbeeld hijshaken te lassen. Met dit systeem kunnen objecten worden gemaakt met een omvang die groter is dan 1m3.
Het RAMLAB is geïnitieerd door het Havenbedrijf Rotterdam, InnovationQuarter en RDM Makerspace. Het lab kent inmiddels negen partners (Valk Welding, Autodesk, IBM, Air Liquide, Lincoln Electric, TU Twente, M2I, Lemtech en Lloyds Register) en 13 leden (Huisman Equipment, Heerema Fabrication, Royal IHC, Koninklijke Marine, Royal Roos, Promarin, Bolier, MX3D, Fokker, Allseas, Damen Shipyards en Volkerrail).
