Scheepsschroef gefabriceerd met 3D-printer in Rotterdam eind november 2017

Een aantal bedrijven in Rotterdam hebben voor het eerst een scheepsschroef gefabriceerd door gebruik te maken van een 3D-printer. De scheepsschroef werd door de 3D printer gefabriceerd in de Rotterdamse haven. In totaal heeft de scheepsschroef een gewicht van ongeveer 200 kilo. De schroef heeft een diameter van 1,35 meter. Op donderdag 30 november 2017 werd de scheepsschroef gepresenteerd bij Damen Shipyards in Gorinchem. Dit heeft het Havenbedrijf Rotterdam bekend gemaakt. Damen werkte samen met RAMLAB om de schroef uit te printen met de 3D- printer. RAMLAB een het onderdeel van het havenbedrijf. Het bedrijf RAMLAB heeft in Rotterdam een zogeheten fieldlab voor 3D-metaalprinters staan.

RAMLAB
Naast het bedrijf Damen Shipyards en RAMLAB hebben ook de bedrijven Autodesk en Bureau Veritas een bijdrage geleverd aan het project. Deze bedrijven maken namelijk ook onderdeel uit van het samenwerkingsverband. Het zou om de eerste scheepsschroef gaan die met een 3D printer is gemaakt. Deze scheepsschroef is een eerste project op dit gebied. De bedrijven gaan momenteel bekijken of ze de 3D printers en bijbehorende technologie commercieel kunnen inzetten. Het is uiteindelijk de bedoeling dat de 3D printers worden gebruikt om metalen onderdelen voor schepen te maken. Daarnaast zouden de 3D printers ook gebruikt kunnen worden voor het vervaardigen van onderdelen voor machines.

3D printer of verspanen?
De 3D printtechniek is een geheel andere techniek dan de techniek die wordt gebruikt bij het verspanen. In de verspaning vervaardigd men uit een stuk uitgangsmateriaal een product. Het uitgangsmateriaal heeft daardoor altijd een groter volume voor de verspanende bewerking dan daarna. Meestal gebruikt men draaibanken en freesbanken voor de verspaning maar in feite is eroderen of vonkverspaning ook mogelijk. Eroderen en draadvonken zijn verspaningstechnieken waarbij gebruik wordt gemaakt van de vonken van kortsluiting om braamvrij te verspanen. Bij 3D printen bouwt men in feite laagje voor laagje een product op. Het product wordt dus steeds groter in plaats van steeds kleiner zoals bij verspanen het geval is. Verspaning is een bewerkingstechniek die al heel lang bestaat terwijl 3D printen een bewerkingstechniek die vrij nieuw is. Daarom worden met 3D printers verschillende experimenten gedaan.

Wat is een 3D-printer?

Een 3D-printer is een printapparaat waarmee men driedimensionale producten en objecten kan produceren op basis van tekeningen uit computerbestanden (CAD Computer Aided Design). Een 3D-printer bouwt als het ware een product laag voor laag op. Het 3D-printen behoort tot de rapid prototyping-industrie omdat je met deze printers zeer snel prototypes kunt maken. Daarom worden 3D-printers ook wel ingezet op een research and development r&d afdeling van een bedrijf. In de praktijk worden 3D-printers gebruikt door engineers, constructeurs, technisch tekenaars, ontwerpers en andere werknemers die producten, werktuigen en constructies ontwikkelen en produceren.

Ontwikkeling van 3D printers
3D printers bestaan al tientallen jaren. Net als andere technische producten en werktuigen is ook de 3D printen steeds verder verbeterd. Oorspronkelijk zou de Amerikaan Chuck Hull de ‘vader’ zijn van de 3D printer. Het driedimensionaal printen is als proces ontstaan uit een aantal projecten van het MIT. Deze projecten werden uitgevoerd het jaar 2000. Het 3D-printen werd een uitbreiding van rapid prototyping. Dit houdt in dat deze printers vooral werden gebruikt om in korte tijd een prototypemodel te produceren. Deze producten werden geproduceerd met een metaal als productiestof.

Door de technologische ontwikkelingen op het gebied van 3D printen kunnen niet alleen nauwkeuriger producten worden gemaakt men kan ook van verschillende materialen 3D objecten en producten produceren met een 3D printer. Zo kan men vormen maken die gemaakt zijn van metaal, plastic, gips, plantaardige stoffen en verschillende kunststoffen.

Oorspronkelijk werden 3D-printers vooral gebruikt door industrieel ontwerpers die nieuwe prototypes ontwikkelden en visualiseerden met behulp van deze vorm van rapid prototyping. Tegenwoordig zijn deze printers veel toegankelijker voor een breder publiek. Er zijn ook 3D printers die door mensen thuis gebruikt kunnen worden. Deze printers zijn veel kleiner en betaalbaarder. Zo kan men bijvoorbeeld met een desktop 3D printer producten maken van kunststof. Men kan daarvoor ABS kunststof gebruiken, dit is een harde kunststof. Daarnaast kan men ook kunststoffen gebruiken die afbreekbaar zijn zoals PLA.

Verschillende soorten 3D-printers
Door de jaren heen zijn er verschillende soorten 3D printers ontwikkeld. De meest verkochte 3D printer ter wereld is de Makerbot Replicator 2. Naast deze printer zijn er nog verschillende andere soorten en merken 3D printers. Hieronder volgen een aantal voorbeelden:

  • Cube is een 3D printer van het bedrijf 3D-systems.
  • De Ultimaker is een zelfbouw-kit, die eerst in elkaar moet worden gebouwd voordat deze gebruikt kan worden.
  • Builder 3D-printer is een printer die niet in elkaar gezet hoeft te worden. Deze printer bevat een stevige metalen behuizing. De Builder 3D-printer kan worden gebruikt voor de productie hoogwaardige kwalitatief deugdelijke producten.
  • Creatr is een 3D printer van het Nederlandse bedrijf Leapfrog, deze printer kan in twee kleuren tegelijk printen.
  • Form 1 is een 3D printer van een Amerikaans bedrijf met een unieke techniek.

Toepassing van 3D printers
Er zijn door de jaren heen veel verschillende 3D printers bedacht en geproduceerd. Hierboven staan slechts een aantal voorbeelden. Deze tekst is echter begin 2017 geschreven en de daarop volgende jaren zal bovenstaande lijst aanzienlijk worden verlengd. Deze printers worden gebruikt voor uiteenlopende processen. Het maken van prototypes doormiddel van rapid prototyping is daar een bekend voorbeeld van. Tegenwoordig worden 3D printers heel breed toegepast. Deze printers worden zelfs gebruikt als productiemiddel. Ook kan men bijvoorbeeld digitaal een bepaald ontwerp kopen om deze vervolgens thuis uit printen op deze printers. Zo kunnen bepaalde producten en prototypes in plaats van fysiek ook digitaal worden vervoerd.

Zelfs voor de bouw gebruikt men 3D printers. Men is er in geslaagd om een complete woning te bouwen met behulp van een 3D printer. Zo kunnen zeer snel woningen worden gebouwd van verschillende materialen.

Hobbyisten zoals modelbouwers en architecten kunnen zelfs schaalmodellen van woningen en voertuigen vervaardigen met 3D printtechniek. Ook onderdelen en behuizingen kunnen worden gemaakt met deze printers. Daardoor kunnen dus ook halffabricaten worden gemaakt in zeer korte tijd. De toepassingen voor 3D printers zullen in de toekomst alleen maar omvangrijker worden.

Wat wordt bedoelt met een prototype?

In de wereld van innovatie wordt regelmatig het woord prototype gebruikt. Dit woord wordt onder ander gebruikt door tekenaars, engineers en constructeurs. Deze mensen kunnen onder andere werkzaam zijn op een R&D afdeling. De afkorting R&D staat voor Research and Development. Dit kan in het Nederlands worden vertaald met onderzoek en ontwikkeling. Voordat daadwerkelijk een product in de markt wordt gebracht moeten er meestal eerst verschillende onderzoeken worden gedaan. Hierbij kan aandacht worden besteed aan de materialen, de vormgeving, de toepassing en de constructie.

Daarbij worden verschillende tekeningen gemaakt en documenten geschreven. Op een gegeven moment maakt men echter een proefmodel. Een proefmodel wordt ook wel een prototype genoemd. Dit is nog niet het daadwerkelijke product maar dient als voorbeeld. Een prototype kan met de hand worden vervaardigd maar kan ook doormiddel van machines worden gemaakt. Een voorbeeld hiervan is het maken van prototypes met behulp van een 3D printer dit wordt ook wel rapid prototyping genoemd omdat deze prototypes heel snel worden gemaakt.

Waarom zijn prototypes belangrijk?
Een prototype maakt een ontwerp visueel. Daarom zijn prototypes een belangrijk element in een ontwerpproces. Als men bijvoorbeeld een prototype maakt van een werktuig dan kan men dit werktuig gaan testen en kijken of het sterk en functioneel genoeg is. Ook kan men kijken hoe het product er in de praktijk ongeveer uit komt te zien. Deze informatie is belangrijk in het ontwikkelingsproces naar een eindproduct. Een prototype is namelijk nog niet het eindproduct en kan dus indien nodig worden aangepast zodat het product wordt geoptimaliseerd. Er kunnen van een bepaald product meerdere prototypes worden gemaakt tijdens het ontwikkelingsproces.

Prototyping
In veel productieprocessen wordt het ontwikkelen en het maken van prototypes alleen door het bedrijf gedaan die verantwoordelijk is voor het ontwikkelingsproces. Het is echter ook mogelijk dat men prototyping toepast. Dit is een proces waarbij de eindgebruikers en opdrachtgevers eerder in contact komen met het prototype zodat ze het prototype kunnen gebruiken en hun ervaring kunnen delen met de ontwikkelaars van het product. Prototyping zorgt er voor dat in de beginfase van het ontwikkelingsproces al belangrijke feedback naar voren komt van de eindgebruikers. Dit is van groot belang voor het leveren van maatwerkproducten aan klanten. Niet elk product is geschikt voor prototyping. Het proces wat bij prototyping hoort wordt onder andere veel toegepast in de ICT sector voor softwareprogramma’s.