Supply Value: 3D printing verkort supply chains nog niet

25 februari 2015 Consultancy.nl

Door velen wordt 3D printing gezien als de nieuwe revolutie in productietechnologie. Het oude beeld van grote fabriekshallen verdwijnt en wordt verplaatst door kleinschalige lokale 3D printing. Het is niet meer nodig om in grote series te produceren, voorraden nemen drastisch af en ieder product kan specifiek voor een klant gemaakt worden. De voordelen van 3D printing zijn evident, maar wat komt hier in de praktijk van terecht? En wat zijn de verschillen tussen consumenten en industriële toepassingen?

Supply Value heeft onderzoek gedaan naar 3D printing bij verschillende Nederlandse bedrijven en daarbij de supply chains van industriële en consumenten producten vergeleken. Verschillende onderzoeken naar 3D printing met consumenten producten wijzen uit dat de supply chain flink ingekort wordt, omdat productie dichter bij de klant plaats kan vinden. Bij het printen van industriële producten (veelal van metaal) gaat deze vlieger voorlopig nog niet op. Het productieproces is der mate kritisch en de industriële kwaliteitseisen zijn zo hoog dat er na het 3D print proces nog geen kant-en-klaar product ligt. Traditionele metaalbewerking is nog steeds nodig om 3D geprinte onderdelen en producten na te bewerken.

3D Printing

3D print supply chain voor consumenten producten
Er bestaan grote verschillen in 3D print technieken en materialen. Consumenten gebruiken 3D printing vooral voor simpele kunststof producten. Consumenten modelleren zelf een product of gebruiken bestaande modellen die ze downloaden van het internet. Na het 3D printen van kunststof producten, hoeft het product enkel van de bouwplaat afgehaald te worden en indien nodig, schoongemaakt en geschuurd te worden. De productie van consumenten producten is gemakkelijk te verplaatsen, omdat het bijna volledig is geautomatiseerd en er weinig nabewerkingsstappen nodig zijn.

Simpele consumenten producten kunnen thuis geprint worden maar er kan ook gekozen worden om de productie volledig uit te besteden. Verschillende partijen bieden een online platform waarbij 3D printing services gefaciliteerd worden. Om een product te laten 3D printen hoeft enkel een 3D model verzonden te worden, waarna het geprint wordt via een gekozen printer binnen het netwerk. Na het printen kan het product opgehaald worden of per pakketdienst verstuurd worden. Vergeleken met traditionele productiemethoden is de plaats van productie zeer flexibel. Dit zorgt voor een significante verkorting van de supply chain. Zie figuur 1 voor de Consumenten 3D printing supply chain.

3D Printing Consumenten

Figuur 1: De Consumenten 3D printing supply chain

3D print supply chain voor industriële producten
Industriële bedrijven hebben veel strengere kwaliteitseisen en gebruiken andere 3D printing processen en materialen dan consumenten, zoals metaal in plaats van kunststof. Bij het grote publiek is het nog niet bekend dat 3D printen met metaal mogelijk is. Het 3D printen met metaal is een veel kritischer proces. Om tot een eindproduct te komen is meer nodig dan alleen een 3D printer. Bij het 3D printen van metaal wordt zeer fijn metaalpoeder gesmolten met een krachtige laser. Hierbij ontstaat een korrelige afwerking en er zijn draagstructuren nodig om ervoor te zorgen dat het product niet uit elkaar valt bij het produceren. Het 3D printen van metaal zorgt net als bij lassen voor spanningen in metaal. Deze metaalspanning moet grotendeels verwijderd worden voordat het product bewerkt kan worden met een frees of boor. Metaalspanning wordt verwijderd door middel van een warmtebehandeling in speciale ovens. Bij het modelleren van het product moet al worden nagedacht over de manier waarop een product nabewerkt gaat worden. Ook het afstellen van de 3D print machines is een tijdrovend proces. Tot wel 140 parameters moeten worden aangepast op het materiaal en het te printen product. Na het 3D produceren moeten de producten nog op kwaliteit gecontroleerd worden zodat ze aan de specificaties voldoen die de klant stelt. Daarnaast verschilt het resultaat van een 3D print ook nog per machine.

Het is daardoor zeer lastig om de productie van industriële producten te verplaatsen. Een hoge productkwaliteit vraagt om een hechte samenwerking tussen de modellerende partij, de partij die het product gaat 3D printen en de partij die de nabewerking verzorgd. Door de nabewerkingsstappen en kwaliteitschecks is de supply chain voor industriële producten een stuk langer dan die voor consumenten 3D printing. Zie figuur 2 voor de Industriële 3D printing supply chain.

3D Printing Industrie

Figuur 2: De Industriële 3D printing supply chain

Repeatability
De 3D printing techniek dient zich nog verder te ontwikkelen om tot dezelfde verkorting van de supply chain te komen zoals bij consumenten producten. Wanneer op verschillende locaties hetzelfde product dient te worden geproduceerd dan moet de machine-to-machine repeatability (reproduceerbaarheid) verhoogd worden. Om deze consistentie te bereiken dienen zeven zaken altijd op dezelfde manier te worden gedaan.

Verschillende machine ontwikkelaars zijn al bezig om menselijk handelen uit het 3D proces te halen, zoals het automatisch verwisselen van grondstoffen. Hierdoor ontstaan minder fouten en wordt het resultaat consistenter. Wanneer de reproduceerbaarheid verhoogd wordt kan op den duur overal waar 3D print capaciteit en de juiste grondstof beschikbaar is een product geproduceerd worden.

Repeatability

Voordelen
Steeds meer bedrijven zien de voordelen van 3D printing. Zoals economisch klant specifieke producten maken (‘mass customization’), complexe geometrische vormen en een flexibele productielocatie. Bijkomende voordelen voor bedrijven zijn minder warehousing kosten door het verlagen van de voorraad en de verandering in grondstof. De grote kracht van 3D printing zit in het economisch produceren van kleine series, doordat er geen mallen meer nodig zijn en grondstoffen efficiënter gebruikt worden. Grondstoffen worden alleen toegevoegd in plaats van verwijderd, waardoor verspilling wordt tegengegaan.

Consumenten gebruiken 3D printing vooral voor de designmogelijkheden die het proces biedt. Industriële bedrijven zien vooral de functionele verbeteringen van hun producten. Daardoor zijn de kwaliteitseisen verschillend en uiteindelijk ook de supply chain. 3D printen is niet het simpel indrukken van een knop zoals dat bij papier printen het geval is. Het is daarom beter om de Engelse term te gebruiken; additive manufacturing, oftewel additief produceren. 3D printing voor industriële producten is echt een vorm van produceren, een proces met meerdere stappen.

Afhankelijk van het gebruik van partners voor nabewerkingsstappen loopt de hoeveelheid transport in de supply chain op. Maar de ontwikkelingen van 3D printers volgen elkaar snel op. Wanneer het mogelijk wordt om direct eindproducten te fabriceren, zoals bij consumenten 3D printing mogelijk is, dan zullen ook de supply chains van industriële producten korter worden en voorraden drastisch afnemen. Voor nu zijn er naast 3D printers altijd traditionele bewerkingsmethoden nodig om tot een eindproduct te komen.

Supply Value 3D Printing

Ketensamenwerking
Doordat 3D printing een bijna geautomatiseerde vorm van produceren is, zit de kennis en kunde in het 3D CAD model wat in de 3D printer gevoerd wordt. Het model bepaalt uiteindelijk ook de hoeveelheid nabewerking die nodig is. Deze nabewerking is weer een geheel andere specialisatie die vaak bij machinefabrieken ligt. Supply Value adviseert om de hele keten van designer tot aan de partij voor de nabewerking met elkaar in verbinding te brengen om een zo hoogwaardig mogelijk product te produceren.

Uiteindelijk dienen er 3D print machines te worden ontwikkeld die direct eindproducten kunnen produceren zoals bij consumenten producten al het geval is. Bedrijven kunnen dit business model nu al testen en hun toekomstige supply chain voorbereiden door een pilot te doen met simpele (kunststof) consumenten producten. Hiervoor hoeft niet direct geïnvesteerd te worden in eigen 3D printers. Er bestaan veel partijen die een 3D printing service verlenen en adviseren bij het modelleren.

Een artikel van Geert van der Vleuten, consultant bij supply chain specialist Supply Value.

Nieuws