3D-printen maakt ons productieproces flexibel

3D-printen maakt ons productieproces flexibel

Raam- en deurbranche ontdekt de 3D-printer

Een complete gevel 3D-printen, uit verschillende materialen, dat is nog toekomstmuziek. Maar 3D-printen wordt binnen de raam- en deurbranche wel degelijk al toegepast. Voor het maken van prototypes van kozijnprofielen bijvoorbeeld. Binnenkort is 3D-printen mogelijk ook dé oplossing in de houtrotsanering. Peter Kuindersma van TNO’s Innovatie Centrum Bouw: “Het lijkt nu een hype,maar als je als bedrijf meerwaarde kunt creëren met 3D-printen, dan wordt het een trend.”

Nieuwsgierigheid, dat was de drijfveer van ijzerwarenhandel en deurenspecialist Klunder om een 3D-printer aan te schaffen. Bij het bedrijf uit Drachten staat die printer pontificaal op de toonbank. Monteur en VAC-coördinator Jacob Rienstra is binnen Klunder een van de mensen die zich bezig houdt met de nieuwe printtechniek: “Wij hebben onze 3D-printer aangeschaft omdat we wel eens wilden weten wat wij daar nou mee kunnen, als ijzerwarenhandel en deurenspecialist. We zijn in de testfase en hebben hem nu een keer of tien gebruikt, onder andere voor een deurgreep en voor opvullingen.” Klunder gebruikt de 3D-printer uitsluitend voor eigen montageklussen, niet voor opdrachten van klanten. Rienstra verwacht ook niet dat 3D-printen over vijf jaar vaste voet krijgt in de bedrijfsvoering bij de Friese ijzerwarenhandel: “Het printmateriaal moet daarvoor beter worden. Het plastic dat wij als printmateriaal gebruiken smelt en vervormt in de zon. En de snelheid van de printer is nog te laag.”

3D-kozijnprofielen
Een 3D-printer kopen en gewoon maar wat printen, ingenieur Peter Kuindersma van TNO ziet dat vaak gebeuren: “Dan vraag ik: waarom zou je dat doen?” Volgens Kuindersma moet je als bedrijf altijd kijken naar de relevantie van 3D-printen voor de eigen werkzaamheden: “Dat begint met de vraag: wat kan ik met 3D-printen anders en beter dan met bestaande productietechnieken? Als je als bedrijf weet waar je meerwaarde kunt creëren met 3D-printen, dan wordt het een relevante productietechniek.” Die meerwaarde hebben ze bij Intal al gevonden. De fabrikant van aluminium kozijnen in het Noord-Hollandse Opmeer zet 3D-printen al enige jaren in voor het maken van prototypes van aluminium kozijnen. Rupert Wagemakers van Intal: “We hebben een eigen profiellijn, maar als een architect een profiel wil dat niet standaard is, dan kunnen we daarvan een 3D-voorbeeld printen en het de architect voorleggen, inclusief alle bijbehorende productietechnische gegevens. De 3D-techniek maakt ons flexibel en verkort de doorlooptijd. Op het prototype kunnen we ook toetsen of onze standaard onderdelen passen.” Intal heeft een eigen ontwikkelteam voor 3D-prototypes. Overigens is Intal niet de enige profielleverancier die de techniek gebruikt. Ook producenten als Reynaers en Deventer Profielen maken bij productontwikkeling dankbaar gebruik van 3D-printers.

Kunststof kozijnen
Intal print zijn 3D-prototypes in kunststof. Rupert Wagemakers: “Ik hoor wel eens iets over printen met andere materialen, zelfs met aluminium, maar dit werkt bij ons heel goed.” Volgens Peter Kuindersma is het volledig printen van een aluminium kozijn nog te kostbaar. En ook een houten kozijn kan momenteel niet sneller, goedkoper of met de juiste kwaliteit met een 3D-printer
gemaakt worden: “Maar het 3D-printen van een houten kozijn zou best kunnen. Je moet je echter eerst afvragen waarom je dit zou willen doen. Er zijn al bedrijven die printen met hout of houtstof. Je kan zelfs met titanium printen, kijk naar Boeing. Maar daar levert de gewichtsreductie van onderdelen in titanium echt voordelen op.” Binnen de Stroomversnelling – het project van een aantal bouwers en woningcorporaties voor het duurzaam renoveren van huurwoningen – werd enige tijd geleden al serieus gekeken naar de kansen en mogelijkheden van het 3D-printen van kunststof kozijnen. Dat stelt Edu Jonkman, adviseur 3D scanning & modelling bij Aveco de Bondt: “Er is een landelijke opgave voor het verduurzamen van bestaande woningen en kantoren. Als meetdienst binnen ons ingenieursbureau leveren wij voor die opgave meetgegegevens voor de renovatie van bestaande gevels. Die gegevens verkrijgen we met 3D-scannen en ze worden vertaald naar een 3D-BIM-model in open IFC-standaarden. Dat maakt de as build projectdata toegankelijk voor alle partijen die aan een project werken. Dat bestand kan ook worden omgezet in een OBJ-bestand, zodat je met de modellen kunt werken in augmented reality.”
Bij Aveco de Bondt kunnen deze meetgegegevens worden omgezet in schaalmodellen en maquettes uit de 3D-printer. Edu Jonkman: “Maar in principe heeft het systeem ook potentie voor het een-op-een 3D-printen van geveldetails. Ik denk dat we aan de vooravond staan van een verandering op met name het gebied van kozijnen. We zien steeds vaker dat men in kozijnen de ‘auto-techniek’ toepast, waarbij glas gelijmd wordt in een frame dat vervolgens in de in de gevel wordt geplaatst, zoals in de auto-industrie gebeurt. Die discussie werd ook binnen de Stroomversnelling gevoerd: kozijnen maken een groot deel van de kostprijs van een renovatie uit. Kan dat niet anders? Kan het glas niet direct in het gevelelement? Ik zie al dat kozijnen in kunststof 3D-geprint worden, als monoliet. Daar kun je dan glas in aanbrengen zoals bij autoglas . In de Stroomversnelling is geëngineerd op dit idee, waarbij men in een hsb-constructie een geprint kozijn toepast als een frame voor het glas. Dat is nog in de ontwerpfase. Maar ik denk wel dat we met 3D-printen naar een transitie gaan. Nu is het nog iets voor pioniers, maar in feite hebben we alles al in handen om vragen vanuit de markt op dit gebied op te kunnen pakken.”

Mallen uit de printer
In de bouw loont 3D-printen zich volgens Kuindersma goed voor het maken van bijvoorbeeld mallen en matrijzen: “3D-geprinte mallen en matrijzen zijn een goedkoop en snel alternatief. Dat voordeel betaaltzich vooral uit bij kleine series of eenmalige producten, bijvoorbeeld kleine, kostbare series hang- en sluitwerk.” Bij Heycop Systemen, leverancier van ventilatieproducten, hang- en sluitwerk en bovenraamsluitingen, brachten ze dat al in de praktijk. Voor een klant die aanklopte voor bovenraamsluitingen voor een historisch gebouw, liet het bedrijf studenten van Hogeschool Windesheim in Zwolle uitzoeken of dat hang- en sluitwerk ook met mallen uit een 3D-printer geproduceerd kon worden – als alternatief voor de veel duurdere, conventioneel geproduceerde mallen.

Passende printtechniek
Intal en Heycop illustreren wat Peter Kuindersma almaar onderstreept: de techniek moet iets toevoegen, iets wat met bestaande technieken niet realiseerbaar is. Daarbij speelt ook de keuze van de printtechniek een rol, aldus de TNO-innovator: “Je moet afhankelijk van je doelstelling de passende printtechniek kiezen. Er zijn grofweg zeven verschillende 3D-printtechnieken. De bekendste en meest toegepaste is die met de kunststof draad die gesmolten wordt. Dat zijn de zogenaamde FDM of material extrusion printers. Dit type printer is vrij goedkoop en wordt veel door hobbyisten gebruikt. Bij andere printprocedé’s wordt een kunststof poeder met een laser verhit, waardoor het poeder versmelt en het product laagje voor laagje wordt opgebouwd. Deze techniek werkt volgens het SLS-principe, wat staat voor selective laser sintering.” Ook de keuze van het printmateriaal is van belang, aldus Kuindersma: “Er zijn inmiddels veel verschillende kunststoffen om mee te printen.”
Kuindersma haalt de tandheelkunde aan: “Daar print men gebitsprotheses en kronen op maat. De vorm van het product is steeds uniek – alleen dat al is een reden om je te verdiepen in de mogelijkheden van 3D-printen. Men gebruikt voor deze protheses een speciaal ontwikkelde kunsthars. De hars wordt laagsgewijs met een UV-lamp belicht en hardt uit. Dit is de zogenaamde SLA- of stereolithografie-techniek.”

3D-houtrotsanering
Meerbouw in Rotterdam is volop bezig met het zoeken naar de passende printtechniek en het juiste materiaal. Samen met Infinty Repair ontwikkelde Meerbouw een concept om in de houtrotsanering een verbeterslag te maken door het benutten van de mogelijkheden van 3D-printen. Meerbouw-directeur Jan Anker: “Bij conventionele houtrotsanering vervangen we een rot stuk kozijn door een exact op maat gezaagd vervangend houten deel, dat we vastzetten met schroeven en tweecomponentenlijm. Maar de schroeven, weten we nu, roesten, zodat ze er na tien tot vijftien jaar weer uit moeten. En de vroegere lijmen hadden ook zo hun levensduur. Op een gegeven moment kreeg je toch weer open verbindingen en was er opnieuw kans op houtrot.” Meerbouw onderzoekt momenteel de mogelijkheden om rottende kozijndelen te vervangen door delen uit de 3D-printer. Anker: “Wat we al kunnen, is schade aan kozijnen digitaal inmeten. Met die gegevens kunnen we ook een 3D-printer aansturen. Die vervaardigt dan het vervangende stuk kozijn.” Probleem is echter dat een gewone 3D-printer al gauw zeven tot acht uur nodig heeft om zo’n onderdeel te printen, aldus Anker. Dat maakt de mogelijkheden om op te schalen klein, stelt de directeur van Meerbouw: “Een alternatief is printen met poeder. Via via zij wij
terechtgekomen in Duitsland en Italië. Daar staan 3D-poederprinters. Daarmee is meer productie mogelijk.” Een ander nadeel is de kwaliteit van het printermateriaal. Anker: “Dat vervormt vanaf 65 graden Celsius. Een donker kozijn in de zon warmt op tot wel 80 graden. DSM ontwikkelt voor ons momenteel een printermateriaal dat hittebestendig is en niet vervormt. Over twee jaar zijn we zover.”


Voor- en nadelen
De plus- en minpunten van 3D-printen variëren per techniek. Grosso modo geldt:

+ Sneller produceren: het traject van ontwerp naar productie wordt verkort
+ ‘Mass-customization’: standaardisering maakt plaats voor producten op maat
+ Vormvrijheid en mogelijkheid tot functie-integratie
– 3D-printers zijn traag: dat heeft invloed op de tijdwinst in het totale productietraject
– De kwaliteit van het printmateriaal laat vaak te wensen over, is nog niet bewezen of de betrouwbaarheid is nog niet aangetoond
– Vergt nieuwe en soms grote investeringen (naast machines ook: mensen opleiden)


Gevels, vloeren en meubels uit de printer
In Nederland is DUS Architects uit Amsterdam een van de actiefste ontwerpbureaus op gebied van 3D-printen. DUS werd bekend met het grachtenpand-uit-de-printer dat het bureau samen met onder andere toeleverancier Henkel en bouwer Heijmans initieerde. Maar DUS ontwierp ook de geprinte gevelpanelen met geïntegreerde zitbanken van het tijdelijke EU-entreegebouw op het Marineterrein in Amsterdam (2016). In 2017 realiseerde DUS het meubilair en een vloer uit de 3D-printer voor de LOFT Flagship Store in Tokio. Ook op Schiphol liggen 3D-geprinte vloeren. Samen met De Meeuw ontwikkelde DUS een circulaire 3D-gevel uit recyclaat. Met eigen XL FDM-printers en software print DUS high-end producten met een hoge resolutie. DUS richtte in 2017 Aectual op, een technologiebedrijf dat digitale productontwikkeling koppelt aan software- en hardwareontwikkeling. DUS ziet het nieuwe bedrijf als een platform voor designers en maakbedrijven om praktijkgericht de transitie te maken naar digitaal ontwerpen en produceren.


Tekst Hans Fuchs
Beeld Innovatie Centrum Bouw; DUS Architects/Aectual/Ilse Leenders/Sophia van den Hoek/Ossip van Duivenbode; Aveco de Bondt

Hier uw advertentie?
Bel +31 (0)73 503 35 44.

Schrijf u in voor onze nieuwsbrief