HP maakt samen met partners als Siemens van 3D-printing een hoogwaardig productieproces

Onlangs nam 3Dprint Magazine op uitnodiging een kijkje bij HP zelf in Sant Cugat in Spanje. Want daar worden de baanbrekende nieuwe 3D-printers van Hewlett Packard ontwikkeld en getest.

Bij ons bezoek aan HP werden we bestookt met presentaties, namen we interviews af en kregen we een rondleiding door het lab. Daarom zullen we in een aantal artikelen de komende weken jullie informeren over de plannen van HP op het 3D-printvlak.  Vandaag deel 2: Multijet Fusion en partnerships
(Lees deel 1: De visie van HP op de 3D-printmarkt.)

HP kondigde tijdens ons bezoek groots hun zelfontwikkelde en uiteraard zwaar gepatenteerde MultiJet Fusion 3D-printer aan. Wat was er ook alweer zo baanbrekend aan deze 3D-printtechniek? Het zit hem in de kosten (laag) en de snelheid (zeer hoog).

Hoe werkt MultiJet Fusion?

Op een bouwplatform met poeder wordt op de juiste plekken vloeistoffen gedeponeerd, de zogenaamde ‘agents’.

De 3D-printer werkt met twee verschillende soorten ‘agents’, namelijk ‘fusing agents’ en ‘detailing agents’. De ‘fusing agents’ worden gebruikt voor de kern van het te printen object en zorgen voor een ijzersterke binding van het materiaal. De ‘detailing agents’ worden slechts gebruikt voor de buitenrand van het te printen object en zorgen, zoals de naam al aangeeft, voor een prachtig gedetailleerde buitenlaag.

Tijdens het deponeren van de ‘agents’ wordt het poeder waar de ‘agents’ op zijn gedeponeerd direct tot in de kern (voxel) uitgehard met energie. Dit gebeurt allemaal in één keer. Vervolgens wordt een nieuwe laag poeder neergelegd en het proces herhaalt zich.

Snelheid

De snelheid van deze productiemethode zit hem in het feit dat de ‘printkop’ net zo breed is als het platform. In één snelle beweging deponeert het de agents waar nodig en hardt het de boel direct uit. Dit is veel sneller dan bijvoorbeeld de huidige 3D-printers waar de printkoppen eerst naar de juiste positie van het bouwplatform moeten of andere technieken zoals FDM of SLS.

2D

Deze baanbrekende technologie om te kunnen printen met een enorme snelheid is een uitvinding die eigenlijk afkomstig is van de nieuwe professionele 2D-printers. Want, zo blijkt uit de rondleiding, ook daar zit HP Inc. absoluut niet stil. In deze nieuwe ultrasnelle professionele 2D-printers zitten printkoppen zo breed als het papier zelf (dat kan oplopen tot een aantal meters). Hiermee wordt in één keer met een ongekende snelheid het volledige canvas voorzien van de inkt. Een techniek die HP nu dus ook in zijn 3D-printers heeft toegepast voor de ‘agents’.  Veel mensen hebben nog steeds ‘print is dead’ in het achterhoofd, maar als je de huidige mogelijkheden van de digitale 2D-printmethoden (de snelheid, de personificatie, on-demand printing, etc.) en de nieuwe machines van HP bestudeert zie je dat ook hier ongelofelijk veel nieuwe business cases te bedenken zijn.

De video hieronder laat duidelijk het productieproces en de snelheid van MultiJet Fusion zien.

Op het moment van de lancering eind dit jaar zullen de printers van HP in eerste instantie alleen zwartkleurige producten in nylon kunnen produceren. Maar zoals blijkt uit de video hierboven en uit de presentaties in Spanje zullen er in de nabije toekomst ook andere ‘agents’ op de markt komen die kleur bevatten, maar ook bijvoorbeeld eigenschappen aan de buitenlaag kunnen geven.

Verder zal het ook mogelijk worden om flexibele of doorzichtige onderdelen te kunnen printen (denk aan lenzen). Maar dat is nog niet alles. Ook elektrisch geleidende ‘agents’ komen er aan. Embedded intelligence in geprinte onderdelen ligt dus zeer zeker in het verschiet. We kregen daar al een mooie demonstratie van door middel van een meegeprinte sensor in een 3D-geprinte schakel. Via een app op een tablet was via een schaal af te lezen hoeveel gewicht er aan de schakel hing. Deze verbinding kwam tot stand door middel van bluetooth, maar volgens Scott Schiller (VP Market Development at HP 3D Printing) mogen we alle vormen van connectiviteit verwachten. Het Internet of Things printen we binnenkort dus gewoon uit.

Omdat je verschillende ‘agents’ tegelijk in de printer kunt stoppen is het dan dus ook mogelijk om verschillende eigenschappen in een enkel onderdeel te stoppen. De mogelijkheden zijn eindeloos.

Het poeder waarmee geprint wordt is veel minder reactief dan bijvoorbeeld het poeder wat voor SLS-printing wordt gebruikt. Het poeder wat niet wordt geprint breekt daardoor vrijwel niet af en blijft kwalitatief hoogstaand. Dit betekent niet alleen dat de eindproducten van betere kwaliteit zijn, maar ook dat de poeders heel goed kunnen worden hergebruikt. Maar liefst 80% van het ongebruikte poeder van de ene print kan bij de volgende print gewoon weer mee de machine in. Bij SLS is dit ‘slechts’ 50%. Uiteraard resulteert deze besparing ook in lagere kosten voor het eindproduct. Ook niet verkeerd.

Build Unit

Zoals we al eerder in een artikel meldden bestaat de professionele 3D-printer van HP uit verschillende units. Als eerste uiteraard de printer zelf. Verder is er een los processtation en een build unit (een soort trolly op wieltjes) die je na het printen uit de printer rijdt en in het processtation laadt. Als je dus meerdere build units hebt kan je gelijk door met de volgende printopdracht. Ook dit draagt bij aan de snelheid. De build unit bevat namelijk de printbak met het materiaal waarmee geprint wordt. Maar deze leest ook uit hoeveel materiaal je nog kan hergebruiken, wat de printtijd was en meer. Het nieuwe materiaal wordt door de machine zelf automatisch afgevoerd en aangevuld van het processtation de build unit in. Geen witte pakken en mondkapjes dus meer nodig zoals bij SLS-printing. Check de video hieronder voor een goed overzicht van het proces.

Bekijk de specificaties van de HP MultiJet Fusion

Partners

Al met al is deze 3D-printtechniek van HP echt een stap voorwaarts richting 3D-printing als hoogwaardige productiemethode. Het is dan ook niet verwonderlijk dat toen HP aankondigde hiermee aan de slag te gaan verschillende grote organisaties aanklopten voor het partnership-programma. Officiële partners zijn: Nike, BMW, Jabil, Autodesk, Proto Labs, Materialise, Johnson & Johnson, Shapeways, Arkema, BASF, Evonik, LehmannVoss&Co en Siemens. Een aantal hiervan zijn zeer bekende bedrijven die al geruime tijd met additive manufacturing bezig zijn, maar tegen bepaalde complicaties of restricties aanlopen.

Tijdens ons bezoek spraken we in Barcelona met Ulli Klenk (Manager Siemens Digital Factory & Additive Manufacturing) en Scott Schiller (VP Market Development at HP 3D Printing) over de bijzondere partnership tussen Siemens en HP. Daaruit blijkt dat de twee bedrijven echt de wil hebben om zogezegd 3D-printing uit de laboratoria te halen en in de productieruimte te zetten.

Ulli Klenk (Manager Siemens Digital Factory & Additive Manufacturing)

“Bij Siemens zijn we op zoek naar strategische partners die de 3D-printingmarkt verder ontwikkelen in de juiste richting. En HP is een van de voornaamste 3D-printermerken waar we op richten,” vertelt Klenk.

“Laat ik heel duidelijk zijn,” vervolgd Klenk. “Ik houd van de 3D-printtechniek en ik geloof echt in alle potenties van additive manufacturing. Maar er is een aantal kinderziektes en bugs dat moeten worden gefixt. En als deze bugs en kinderziektes niet worden gefixt blijft 3D-printing een hype. Maar gelukkig worden er op dit moment slappen gezet om deze problemen op te lossen. Dit is een van de redenen waarom we partner zijn van HP. Zij lossen deze problemen en bugs die 3D-printing op dit moment heeft op een professionele manier op.”

Bugs

Een van deze bugs waar Klenk aan refereert en die gefixt moet worden is ‘closed loop control’. Op dit moment is dat met additive manufacturing nog vrijwel onmogelijk.

Vandaag de dag wordt bij de huidige machines het printmateriaal (poeder) nog handmatig naar de printer gebracht. De machine wordt vervolgens handmatig gestart. In het ergste geval wordt het te printen model ook nog eens handmatig via een USB-stick naar de printer gebracht. Een gemiddelde print is na 72 uur klaar en het neemt daarna 48 uur in beslag om af te koelen. De machine is dan dus geblokkeerd want je kan niets anders printen tijdens het koelen. Vervolgens wordt het geprinte onderdeel weer handmatig uit de machine verwijderd. Dan heb je nog de veiligheidsmaatregelen die je moet treffen, want je wil niet dat het poeder in je longen terecht komt.

Productielijn

“De benchmark is een echte productielijn,” vertelt Klenk verder. “Wat je wilt is net zoiets als bijvoorbeeld de productielijn van de farmaceutische industrie. Als we kijken naar de productielijn van bepaalde hoofdpijnstillers zie je dat vanaf de primaire medische productie (de productie van de pil – het verpakken van de pillen) tot aan de apotheek geen mens zich ermee heeft bemoeid of het product in handen heeft gehad. Het gehele productieproces is geautomatiseerd en traceerbaar. De productiefaciliteit kan ook nog eens een certificaat afgeven wat de kwaliteit van het product garandeert.

Als we additive manufacturing willen toepassen als een productiemethode in de industrieën als automotive, aerospace, healthcare en energy, is het essentieel dat we een certificering hebben bij de geprinte onderdelen. En dat we kunnen produceren met een hoog proceskwaliteitsniveau. We zien dat HP de potentie en de machine heeft die dit kan bewerkstelligen.”

Klenk is er in ieder geval heilig van overtuigd dat additive manufacturing over 10 jaar als productietechniek doodnormaal is. Het is dan gewoonweg een productietechniek net als spuitgieten of CNC-frezen.

Disruptie

Scott Schiller (VP Market Development at HP 3D Printing)

Scot Schiller, die van HP de eervolle taak heeft gekregen om de 3D-printmarkt van HP de ontwikkelen, vult aan: “Als je vandaag de dag naar de stand van de 3D-printindustrie kijkt is het een markt die tussen de 4 en 5 miljard waard is. De reguliere 2D-printmarkt is ongeveer 250 miljard waard. We denken echt dat er nog een behoorlijk gat te vullen is in de 3D-printmarkt. Maar om daar te komen is het noodzakelijk goede partnerships te vormen en samen te werken met leiders in het toepassen van 3D-printing in hun productieproces.”

Er is vandaag de dag een groot aantal spelers op de markt. In het vorige artikel over HP refereerden we hier al aan. Siemens ziet die spelers echter als een ‘eerste golf’. “Deze spelers hebben echt goed werk verricht en hebben de potentie van additive manufacturing goed op de kaart gezet. We zien nu alleen een grote disruptie binnen deze disruptieve markt omdat er nieuwe spelers op de markt komen die weten wat noodzakelijk is, snappen wat er gevraagd wordt door de gebruikers en echt de wil hebben om 3D-printing opnieuw uit te vinden.

Als je de machines van HP vergelijkt met de machines van de huidige spelers merk je dat de 3D-printers van HP echte productiemachines zijn. De anders spelers hebben echt nog een lange weg te gaan om dag en nacht serieproducties te draaien.”

Het partnership dat Siemens en de andere partners hebben met HP is echt een open deal. “We hebben een heldere visie en missie, we kennen de markt en we staan open om met iedereen samen te werken,” vertellen Klenk en Schiller.

Zoals eerder vermeld geeft HP aan niet zozeer te willen concurreren met de huidige spelers maar de 3D-printmarkt uit te willen breiden. Maar laten we eerlijk zijn, als de machine van HP echt de kwaliteit, snelheid en betrouwbaarheid biedt die we voorgeschoteld krijgen en ook nog eens tegen zeer lage kosten, mogen we er toch vanuit gaan dat een aantal huidige spelers het nakijken krijgt. Want wie gaat er dan nog machines van de concurrent kopen? Klenk zegt daarover het volgende: “Voor fabrikanten van SLS-machines is dat zeker waar. ‘The heat is on’. Maar dat is goed voor de markt.”