Deceuninck herontwerpt matrijsonderdelen voor 3D-printen met metaal

3D-printen is voor fabrikant van bouwprofielen Deceuninck geen onbekende. Om de mogelijkheden van de technologie nog beter te leren kennen, volgden medewerkers van het bedrijf de masterclass 'Design for Manufacturing'. Het bleek een succesvolle volgende stap in een fundamenteel andere manier van denken en het kritisch benaderen van bestaande processen.

Deceuninck, gevestigd in het West-Vlaamse Hooglede, ontwerpt en produceert innovatieve oplossingen uit duurzame materialen op basis van pvc en houtcomposiet, voor ramen & deuren, tuintoepassingen, dak & gevel en binnentoepassingen. De onderneming biedt ook technische ondersteuning aan architecten, raamfabrikanten en klanten uit de wereld van de bouwprofielen. Als op-en-top Belgisch bedrijf en marktleider in zijn segment kan Deceuninck perfect inspelen op de specifieke marktbehoeften van ons land. De voortdurende uitwisseling van informatie tussen de klanten en de afdeling Productontwikkeling laat toe optimaal in te spelen op de steeds wijzigende marktbehoeften.

Van visuele voorstelling naar functioneel prototype

Deceuninck is gericht op innovatie in product en productie. Additive manufacturing is dan ook al jaren geen onbekende meer. Al sinds 2005 wordt gebruik gemaakt van 3D-printen voor prototyping, initieel in onderaanneming via een externe partner, als visuele voorstelling van een nieuw product. Het doel was toen zekerheid inbouwen voor nieuwe matrijzen per profiel. 

Sinds 2013 gebeurt 3D-printen zowel extern als in eigen huis. Dit om de zekerheid van bouwsystemen - elk profiel en combinaties ervan - te garanderen. Daarom werd geïnvesteerd in een eigen 3D-printer. Als technologie koos men voor FDM (fused deposition modeling), onder meer omdat de hierbij gebruikte kunststof ABS dicht aanleunt bij pvc. Het ultieme doel is het 3D-printen en functioneel uittesten van alle profielen, waarmee een volledig raam (d.i. kader, vleugel, glaslatten en andere onderdelen) kan worden gemaakt. 

Om deze reden werd ook de eerste stap naar het printen van metaal gezet. Het eerste stuk dat hiervoor in aanmerking kwam was een insert, die aanvankelijk in eigen huis uit matrijzen staal geslepen werd, waaruit features gefreesd werden. Vervolgens werd het stuk gehard, gevonkt en gepolierd. Door de combinatie van slijtage en roestvorming was echter de levensduur beperkt. De nieuwe werkwijze bestond erin het stuk extern te laten 3D-printen uit CoCr. Dit voor dezelfde prijs, maar het stuk gaat minstens tweemaal langer mee. Om naar 3D-printen over te schakelen diende het ontwerp van de insert te worden aangepast. Om de gewenste toleranties te halen, zodat er geen nabewerkingen meer nodig waren, werden meerdere iteratieve prototypes aangemaakt. Sinds meer dan een jaar is deze methodiek van werken de standaard geworden. 

Interne knowhow via masterclass

De technologie van 3D-printen bleek beloftevol, maar het ontbrak Deceuninck aan kennis om het potentieel ervan volledig te kunnen benutten. Daarom volgden enkele medewerkers de masterclass 'Design for additive manufacturing', georganiseerd door Sirris. Als case brachten ze de insert aan, die een nieuwe, aan AM aangepaste geometrie meekreeg. Samen met de experts in AM van Sirris werd bekeken wat de meest optimale oplossing was. 

De verworven kennis uit de masterclass werd gebruikt voor de tweede stap in het printen van metaal: de volledige realisatie van een kaliber. Het doel was het stuk in eigen huis via een nieuw systeem functioneel te ontwerpen en te realiseren met 3D-printen. Ter vergelijking werden via het gekende systeem twee zelfde kalibers uit staal besteld bij een gebruikelijke Chinese externe partner. 

Kaliber als testcase

Het gekende systeem resulteert in een gekend concept, waarbij de stukken on-site nog verder moeten worden getuned om de vereiste kwaliteit en afwerking te bereiken. Het nieuwe systeem op basis van AM bleek zeer eenvoudig, makkelijk te monteren, efficiënt in energie- en waterverbruik en de laboresultaten waren ongeëvenaard. Bovendien was het AM-kaliber uit CoCr slijtvast. Het systeem is echter niet inzetbaar voor alle profielen en kent slechts een beperkte mogelijkheid tot regelbaarheid en tuning van het kaliber. 

De denkmethodiek om zich te focussen op functionaliteiten heeft ook zijn impact gehad op het herontwerpen van stukken (de volgkalibers) die nog met de conventionele technieken werden aangemaakt, waardoor de kosten drastisch daalden en het gebruiksgemak voor de klanten gevoelig steeg. 

Uit de testen concludeerde Deceuninck dat 3D-printen bruikbaar is als alternatief concept voor specifieke toepassingen. Het nieuwe systeem is bovendien prijscompetitief met bestelling bij de externe leverancier en de time-to-market is veel korter. Deze werkwijze vereist wel ontwerpers met kennis van het proces en een focus op de functionaliteiten van het ingezette equipement. Algemeen genomen kan additive manufacturing dus worden ingezet als bijkomende technologie ter aanvulling van bestaande methodes. Het is voor bepaalde toepassingen een technisch en economisch interessant alternatief. 

De realisaties bij Deceuninck zijn een mooi voorbeeld van het succes dat ook u met additive manufacturing kunt bereiken. Nieuwsgierig naar wat een omschakeling naar additive manufacturing voor uw product of proces kan betekenen? Op 24 en 25 februari, 17 maart 2016 organiseert Sirris opnieuw de masterclass 'Design for Additive Manufacturing', waarin u de kennis en inzichten kunt verwerven, nodig om componenten specifiek voor AM te ontwerpen. Zo kunt ook u ten volle de voordelen ervan benutten. Meer weten over de opzet van deze masterclass? Neem een kijkje in onze agenda en schrijf u in!