Iedereen zijn eigen fabriekje

De loonkosten zijn te hoog. De afzetmarkt te klein. Voor industrie is ons land geen ideale habitat. Of toch? Want in 3D-printing zijn we sterk. En dat is niet alleen de jongste hype, maar mogelijk ook de nieuwste industriële revolutie.

Irrelevant opgelucht waren we, toen bleek dat de Aston Martin die in de nieuwste James Bond aan flarden wordt geschoten, slechts een 3D-kopie was. Daarvoor is dus geen zeldzaam exemplaar gesneuveld. Los van onze persoonlijke 007-fascinatie was dit een bewijs dat 3D-printing in de filmindustrie een plaats heeft verworven. Dan kan het Luikse bedrijf Flying-Cam volmondig beamen. Het gebruikt 3D-printing bij het ontwerpen van zijn onbemande minihelikopters die op verscheidene filmsets te vinden zijn.

Maar 3D-printing is veel meer dan een Hollywood-gadget. Almaar meer mensen geloven dat 3D-printing — ook bekend als additive manufacturing of rapid prototyping — wel eens de volgende industriële revolutie kan inluiden. Daarom is het de hype van het moment.

Sciencefiction van hier

Een beetje vreemd is die hype wel, want de opkomst van additive manufacturing is al twintig jaar bezig. In stilte en ook met dank aan Belgische pioniers. Dankzij bedrijven als Materialise, LayerWise en Melotte staat ons land vrij sterk in die technologie. En met dank aan de KU Leuven, waar het Materials Research Center een behoorlijke reputatie heeft opgebouwd.

Zoals steeds maakt timing het verschil. Op het juiste moment kan een goede uitvinding een breuklijn in de beschavingsgeschiedenis veroorzaken. Innovaties als buskruit, stoommachines, elektriciteit en computers veranderden stuk voor stuk de spelregels. 3D-printing heeft ook het potentieel zo’n game changer te worden. Stelt u zich voor dat uw koffiezetapparaat niet langer van de band rolt in China, maar ergens in een printshop naast de kerktoren laagje voor laagje wordt opgebouwd door een machine die computergestuurd kunststofkorrels met een laser aan elkaar last. Tegenwoordig worden al voorwerpen geprint in kunststof, metaal en hoogwaardig materiaal als titanium. De toekomst is aan organisch materiaal. Moleculaire koks mogen likkebaarden bij het idee.

De technologie sluimert al twee decennia, maar bereikt nu pas een stadium waarin de digitalisering van het productieproces echt mogelijk wordt. Een wisselstuk voor de kapotte grasmaaier? Dat print je thuis zelf met één druk op de knop. Dat komt stilaan binnen handbereik, nu er al een 3D-printer te koop is voor ongeveer 1200 euro. Eigenlijk krijgt elke particuliere garage daarmee het potentieel van een fabriekje. Het spreekt voor zich dat zoiets gevolgen heeft op de maakindustrie. Als onze hoge lonen en kleine afzetmarkt niet verdwijnen met regeringsmaatregelen, dan biedt 3D-printing misschien wel een antwoord op de uittocht van onze industriële productie naar de lagelonenlanden.

Pionieren met personalisering

Het is maar goed dus, dat Materialise er in Leuven vroeg bij was. “Met enige trots kunnen we zeggen dat wij de markt mee hebben gemaakt”, zegt Bart Van der Schueren, executive vicepresident bij Materialise. Van der Schueren was via de universiteit betrokken bij de opstart van Materialise, maar de feitelijke stichter is Wilfried Vancraen. Die geloofde al in het industriële potentieel toen hij 23 jaar geleden op een beurs in Bremen een prototype van een 3D-printer zag staan. “Al snel bleek echter dat de machine toen nog niet goed genoeg was voor productie. Je kon er wel dingen mee maken, maar die waren zo breekbaar dat prototypes printen eigenlijk de enige optie was.”

Daarom associeerde iedereen het bedrijf van Vancraen lange tijd met rapid prototyping. Een wat ongelukkige benaming omdat het printproces zelf tamelijk langzaam verloopt. Zeker in de beginjaren, toen het omzetten van 2D-bestanden naar printbare 3D-files nogal wat tijd in beslag nam. Er is trouwens nog een reden waarom 3D-printing niet meteen doorbrak. “In 1990 bestond er nauwelijks software voor 3D-modelling”, weet Van der Schueren. Bovendien waren de machines aanvankelijk heel duur.

Vancraen gokte op mogelijkheden in de medische beeldverwerking. Hij vertrok van de vaststelling dat een CT-scanner een dwarsdoorsnede van het menselijke lichaam maakt in laagjes. Materialise ontwikkelde een softwarepakket om die ‘sneetjes’ om te zetten in een 3D-model, om dat vervolgens opnieuw in laagjes uit te printen. Daarmee legde het Leuvense bedrijf de basis voor zijn eerste medische modellen.

“Dat was in 1991”, herinnert Van der Schueren zich. “De chirurgen waren onder de indruk. Ze konden een driedimensionele scan van hun patiënt letterlijk in hun handen nemen. In eerste instantie werden ze vooral gebruikt om ingewikkelde medische ingrepen voor te bereiden, bijvoorbeeld het scheiden van Siamese tweelingen of de behandeling van complexe tumoren. We hebben dat proces uiteindelijk geautomatiseerd en commercialiseren nu software om CT-beelden om te zetten in driedimensionale geometrie.”

Tegenwoordig wordt 3D-printing ingeschakeld om gepersonaliseerde producten te maken, zoals de tandimplantaten van Melotte uit Zonhoven of de chirurgische boormallen van Materialise. Dat waren eigenlijk de eerste 3D-printproducten voor een grote afzetmarkt. “Toen we in 1996 kwamen met een plastic boormal die een perfect passend hulpstuk was voor een kaakchirurg, hadden we plots een product met een veelbelovende en grote afzetmarkt. Het was klein en de kostprijs om het te printen — de printers waren geëvo-lueerd: kleiner, sneller en goedkoper — liep niet meer zo hoog op. De forse meerwaarde compenseerde de kostprijs.”

Later volgden knie- en heupimplantaten en allerhande medische toepassingen. “Additive manufacturing speelt een almaar belangrijker rol in het medische segment. Met die technologie kun je op maat van de patiënt werken en ze biedt zo veel mogelijkheden dat niemand er nog omheen kan”, zegt Van der Schueren.

Struikelblok

Maar voor een industriële doorbraak blijft de traagheid van 3D-printing een belemmering. Vergeleken met manuele processen valt dat goed mee, maar tegenover een klassieke industriële massaproductie via pakweg spuitgieten moet additive manufacturing het afleggen. Die traagheid is echter relatief en hangt samen met het aantal exemplaren. “Wij produceren misschien traag, maar als je de totale keten bekijkt, dan kunnen we wel veel sneller één exemplaar van een product produceren. 3D-printing heeft vooral een voordeel als het op flexibiliteit aankomt.Wij kunnen zonder veel vertraging data aanpassen”, countert Van der Schueren.

Ook de omvang van het product is nog een struikelblok. Er is bijvoorbeeld nog een lange weg te gaan alvorens het mogelijk wordt om pakweg een auto rendabel te printen. “We kunnen producten ter grootte van knikkers rendabel produceren via 3D-manufacturing”, zegt Van der Schueren. “Hoorapparaten zijn daarvan een goed voorbeeld. Daarvan worden er miljoenen geprint. Voorwerpen zo groot als een tennisbal zijn twijfelgevallen, maar voetbalgrootte is nog niet rendabel.”

Anders gezegd: gepersonaliseerde producten met een beperkte omvang kunnen de voordelen van schaalgrootte en lage lonen counteren. Voor de rest blijft de Chinese lokroep onweerstaanbaar. Blijft de digitale fabriek dan sciencefiction? Zeker niet. Additive manufacturing wordt langzaam volwassen. Dat blijkt bijvoorbeeld uit de grote interesse van de luchtvaartsector. Daar is het veel goedkoper een wisselstuk voor een helikopter te printen op het moment dat men het nodig heeft, dan enkele wisselstukken in stock te houden. “Vliegtuigfabrikanten gebruiken al onderdelen die via 3D-printing zijn gemaakt”, vertelt Karel Brans, verantwoordelijk voor de strategische partnerships bij Materialise. “Voorlopig gaat het enkel om niet-kwetsbare onderdelen, maar het is slechts een kwestie van tijd eer er ook meer cruciale onderdelen volgen.”

Maar helemaal tot haar volle wasdom is de technologie nog niet gekomen. Hier en daar duikt nog een serieuze flessenhals op. Zo komt maar een vrij beperkt aantal van de kunststoffen in aanmerking voor gebruik in 3D-printing. Er zijn meer investeringen nodig in onderzoek naar nieuwe stoffen die specifiek geschikt zijn voor de techniek. Maar blijkbaar was de interesse van de chemiesector tot ruim een jaar geleden nog veeleer lauw. Dat heeft alles met volumes te maken. De 3D-printshops hebben maar een beperkte hoeveelheid grondstoffen nodig, onder andere omdat ze nauwelijks afval produceren. De meeste chemische concerns kunnen in één dag de hele jaarvoorraad van een 3D-printbedrijf produceren.

Productie digitaliseert

En toch lijkt de tijd rijp, getuige de goede beursresultaten van de Amerikaanse 3D-printbedrijven Stratasys en 3D Systems. “In mijn ogen past dat in de digitalisering van onze maatschappij”, stelt Bart Van der Schueren. “Je kan stellen dat een parallel begint te ontstaan met de muziekindustrie van tien jaar geleden. Voor het mp3-tijdperk kocht je muziek in de winkel, op vinyl of op cd. Nu is dat helemaal anders. De kosten om muziek op te slaan zijn zogoed als nul, de muziek is beschikbaar over heel de wereld en iedereen kan de songs kopen die hij wil; en ook enkel de songs die hij wil. Het is plots economisch niet meer noodzakelijk één song vaak te verkopen, je kan evengoed veel liedjes slechts een paar keer verkopen. Een gelijkaardige trend tekent zich, sneller dan we denken, af in verband met hardware.”

Het toekomstbeeld is dan ook dat op het internet bibliotheken ontstaan met data van allerlei producten. Die kan je downloaden en printen met je eigen 3D-printer of bij professionele printerplatforms zoals iMaterialise. Het valt natuurlijk nog af te wachten hoeveel mensen dat ook gaan doen, maar in elk geval zullen productontwikkelaars met ideeën niet langer gaan leuren bij grote fabrikanten, maar hun product rechtstreeks via 3D-printing op de markt gooien. En ook daar worden wellicht personalisering en de beschikbare software om een design te maken de scherprechters voor succes.

Maar is 3D-printing daarmee een antwoord op de loonkostenhandicap? “Jazeker”, zegt Bart Van der Schueren. “Maar we moeten ook niet denken dat er voor iedereen plaats zal zijn in onze industrie. Materialise stelt in België ongeveer 40 arbeiders tewerk. Dat was tien jaar geleden ook al zo, terwijl we nu wel veel meer produceren. Het is dus niet zo dat er met de doorbraak van 3D-printing een enorme tewerkstelling voor laaggeschoolden zal komen. Maar er zal zeker een positief effect zijn op de werkgelegenheid.”

ROELAND BYL EN STIJN FOCKEDEY

“3D-printing past in de digitalisering van onze maatschappij” Bart Van der Schueren

“Met de doorbraak van 3D-printing zal er niet enorm veel werk voor laaggeschoolden komen. Maar er zal zeker een positief effect zijn op de werkgelegenheid” Bart Van der Schueren