Wat ontbreekt er in productie?

Experts geven hun mening over de innovaties die we tegen 2025 nodig hebben

Wat is de toekomst van productie? Flam3D-lid Hubs stelde deze vraag aan ingenieurs en industrie experts. In dit artikel praten zij over de baanbrekende innovaties die we nodig hebben om productie naar het volgende niveau te tillen. Ben je benieuwd naar hun meningen? Lees dan zeker verder.

Het lijkt wel of er voortdurend nieuwe producten en flitsende technologieën op de markt komen, maar voor de ingenieurs die deze producten ontwerpen, kunnen innovaties in de productiesector incrementeel en traag lijken. Ja, er zijn veranderingen geweest en we hebben trends zien opkomen, waaronder cobots (dat klopt, cobots, geen robots) die de fabrieksoutput versnellen, machines die met elkaar communiceren om de capaciteit te optimaliseren, AI die fabrikanten helpt datagestuurde beslissingen te nemen en nieuwe soorten CNC-machines die snellere en meer flexibele oplossingen bieden. Maar wat ontbreekt er nog? Welke doorbraken hebben we nodig om de productie vooruit te stuwen? Waarom wordt bestaande technologie onderbenut en welke nieuwe technologieën liggen bijna binnen handbereik? Hubs heeft leiders uit de industrie, variërend van werktuigbouwkundigen en productontwerpers tot materiaal-composietdeskundigen en techjournalisten, gevraagd te reflecteren over wat er in de productie kan worden verbeterd. Hier is wie ze hebben geïnterviewd:

Van links naar rechts

• Alex Huckstepp: Hoofd bedrijfsontwikkeling bij ARRIS, een next-gen productiebedrijf dat zich richt op composietmaterialen.
• Filemon Schoffer: Medeoprichter van Hubs, een online productieplatform dat ingenieurs on-demand toegang biedt tot een wereldwijd netwerk van productiediensten.
• Hardy Shen: werktuigbouwkundig ingenieur die producten heeft ontworpen voor SurfaceInk, iPhone, Nike, Oculus en meer.
• Richard Hulskes: Medeoprichter van Wevolver, een website voor het delen van kennis voor de ingenieursgemeenschap.
• Robin Dechant: Redacteur van de nieuwsbrief Future of Manufacturing en medeoprichter van Aveo, een e-learning platform dat cursussen aanbiedt op het gebied van productie.
• Sarah Goehrke: Hoofd van DEI en bestuurslid van non-profitorganisatie Women in 3D Printing en senior director strategische communicatie en ecosystemen van Nexa3D, een 3D-printerfabrikant.
• Spencer Wright: Oprichter en hoofdredacteur van The Prepared, een klein mediabedrijf gericht op engineering en productie met een podcast en zeer populaire wekelijkse nieuwsbrief.

8 manieren om de toekomst van de productie te verbeteren

De deskundigen met wie Hubs heeft gesproken, hebben zich gericht op acht grote veranderingen in de industrie die de productie vooruit kunnen stuwen. Sommige veranderingen, zoals hybride fabricage en de grotere herhaalbaarheid en betrouwbaarheid van 3D-printen, zijn al in gang gezet. Andere, zoals gestandaardiseerde bewerking voor composieten, zijn nog ver weg. Elk idee heeft het potentieel om de toekomstige koers van de productie te veranderen.

1. Bekendheid met en bereidheid tot het gebruik van bestaande geavanceerde technologie

Bedrijven zien vaak af van state-of-the-art technologie, ofwel omdat ze er niet van op de hoogte zijn, ofwel omdat het gemakkelijker is vast te houden aan verouderde systemen. Als gevolg daarvan zijn hele bedrijfstakken vaak verstrikt in het gebruik verouderde tool, zoals Enterprise Resource Planning-software, voor de dagelijkse taken. SAP-productiesoftware is een van de meest gebruikte oplossingen in de sector, maar het is complex en vereist een aanzienlijke opleiding van het personeel om het te implementeren. “Bedrijven zijn vaak verplicht om met SAP te werken, wat het moeilijk maakt om het proces te verbeteren”, zegt Hubs mede-oprichter Filemon Schoffer. “Als je dat zou kunnen doorbreken, zou de industrie als geheel veel sneller innoveren.”

2. Inclusiviteit

Bedrijven die alleen pas afgestudeerden van de beste technische scholen in dienst nemen, lopen andere gezichtspunten en de creatieve energie van mensen met verschillende achtergronden mis, om nog maar te zwijgen van een rijkere werkomgeving, aldus Sarah Goehrke. “Als je andere resultaten wilt bereiken, moet je het probleem anders benaderen”, zegt Goehrke, die ook in de Raad van Bestuur zit en leiding geeft aan de DEI-inspanningen bij Women in 3D Printing. “Je kunt geen betere resultaten krijgen door hetzelfde op een iets andere manier te doen. Voor een industrie waarin anders denken zo belangrijk is, maken veel bedrijven de fout om mensen met dezelfde achtergrond aan te nemen.”

3. Milieubewustzijn

Iedereen – van ingenieurs tot consumenten en regeringen – moet inzicht kunnen krijgen in de werkelijke milieueffecten van een product. Vandaag de dag zijn die gegevens gewoon niet beschikbaar. Spencer Wright, de oprichter van The Prepared, stelt zich een wereld voor waarin fabrikanten in alle industrieën een idee hebben van de werkelijke cradle-to-grave milieueffecten van de onderdelen en materialen die ze gebruiken en de producten die ze maken. “Met verve het grootste ontbrekende element dat ik vandaag de dag in de productie zie, is een rationele manier om de externe effecten van je proces te traceren – broeikasgasemissies, opgenomen energie en opties voor het einde van de levensduur.” Het beperken van deze zaken, zegt Wright, zal de komende decennia een enorme uitdaging zijn: “Ik denk dat we echt, echt een platform nodig hebben, vergelijkbaar met ERP’s en MRP’s, dat ons helpt te begrijpen hoe onze activiteiten de wereld om ons heen beïnvloeden.”

4. Vaardigheden en kennis

Naarmate de productie steeds gespecialiseerder wordt, is het steeds lastiger om een personeelsbestand op de hoogte te houden van de nieuwste technologie en praktijken. “De vaardigheidskloof wordt grotendeels gedreven door de adoptie van technologieën zoals AI, robotica of IoT, de vergrijzing van de beroepsbevolking in Westerse landen en de hevige concurrentie om talent”, zegt Aveo-medeoprichter Robin Dechant. “Dit maakt het voor productiebedrijven onmogelijk om het probleem simpelweg op te lossen door nieuwe mensen aan te nemen.” Dechant stelt voor dat bedrijven meer investeren in up- en reskilling om een deel van hun werknemers te laten doorstromen naar banen waar veel vraag naar is.

Bovendien is veel van de informatie al beschikbaar, maar blijft die ontoegankelijk. Richard Hulskes, medeoprichter van Wevolver, ziet een voortdurende trend van open-source filosofie overslaan naar de bedrijfswereld, waar jonge, doelgerichte ingenieurs hun kennis delen – en zelfs papers publiceren over hun nieuwe ontdekkingen en technieken.

5. Innovaties op het gebied van materialen

Terwijl sommige materialen zich lenen voor 3D-printen, moeten andere nog opnieuw worden uitgedacht en aangepast voordat ze geschikt zijn voor gebruik. Hardy Shen, senior mechanisch ingenieur bij SurfaceInk, kijkt bijvoorbeeld uit naar een tijd waarin het maken van prototypes van rubber sneller en gemakkelijker zal zijn. De situatie met composieten is ook uniek. Er zijn niet veel opties voor het automatiseren van de lay-up en afwerking van complexe composietonderdelen – geen enkele die goed schaalbaar is. Alex Huckstepp, hoofd business development bij ARRIS, ziet dit als een grote kans. Composieten is een segment dat rijp is voor disruptie. Metalen zijn een ander voorbeeld: hoewel metalen een natuurlijke fit lijken voor additive manufacturing, zijn er obstakels in de workflow. Bij traditionele productie is het reflectievermogen van een materiaal van weinig belang bij de productie van een onderdeel. Maar wanneer er lasers aan te pas komen, is het oppassen geblazen. Sarah Goehrke kijkt uit naar materialen die vanaf het moleculaire niveau worden ontwikkeld: “Materialen zijn een groot struikelblok geweest. We moeten meer materialen opnieuw afstemmen op additive”.

De vooruitgang op het gebied van additieve vervaardiging is het resultaat van een enorme inspanning van verschillende groepen. Op het meest basale niveau is het echter niet mogelijk een onderdeel te bouwen tenzij de materialen en processen om het te maken beschikbaar zijn. Naarmate de materialen verbeteren, zullen we meer en meer prototypes en productieonderdelen uit 3D-printers zien komen.

6. Verbeterde hybride en slimme fabricage

Tegen 2025 kunnen veel schijnbaar futuristische technologieën gemeengoed zijn geworden. Maar veel van de vooruitgang tussen nu en 2025 zal het resultaat zijn van incrementele verbeteringen in-en de combinatie van bestaande technologie:

Hardy Shen verwacht dat de kwaliteit zal verbeteren en de prijzen zullen dalen, met name voor SLS in metaal. Over een paar jaar verwacht Shen dat 3D-printen massaproductiekwaliteit zal bereiken, maar daarvoor zijn een verbeterde betrouwbaarheid en herhaalbaarheid nodig. Alex Huckstepp gelooft dat een hybride oplossing het beste van beide werelden biedt. “Het gebruik van additieve en conventionele productieprocessen samen zorgt voor optimalisatie van het ontwerp, materiaalefficiëntie en schaalbaarheid”, aldus Huckstepp. Sarah Goehrke voegt eraan toe hoeveel startups gebruik maken van small-batch additive manufacturing om productiedata te vervroegen.

Zolang het tempo van de vooruitgang op het gebied van 3D-printen aanhoudt, kunnen we verwachten dat ingenieurs over de hele wereld ruim voor onze deadline van 2025 3D-onderdelen in massaproductie kunnen vervaardigen met behulp van 3D-geprinte tooling.

7. Standaardisatie in de productie

Standaardisatie is de sleutel tot efficiënte productie en er zijn veel gebieden in de industrie waar standaardisatie achterblijft:

• De eerste is gestandaardiseerde prijsstelling. Iedereen die ooit een onderdeel heeft laten maken zal de sterk uiteenlopende prijsopgaven van fabrikanten voor hetzelfde onderdeel al hebben gezien. Filemon Schoffer, medeoprichter van Hubs, werkt aan het oplossen van deze prijsproblematiek. “De Hubs AI verzamelt gegevens van fabrikanten over de hele wereld”, zegt Schoffer, “en we zijn op weg om een real-time afspiegeling te worden van de prijsstelling bij de productie van onderdelen op maat.” Dit zou het makkelijker maken om kosten te standaardiseren en een nieuw tijdperk van manufacturing as a service helpen inluiden.
• Er is ook ruimte voor verbetering als het gaat om het vertalen van CAD-tekeningen naar fysieke onderdelen. “De eigenlijke machine heeft nog geen instructies”, zegt Schoffer. “Engineers vertalen CAD naar CAM, maar dat is momenteel meer een kunst dan een gestandaardiseerd proces.
• Er is ook een gebrek aan effectieve tools voor live samenwerking en versiebeheer. Programmeren heeft Git. Grafisch ontwerp heeft Figma. Hoe zit het met CAD? Collaboratieve CAD-tools bieden nog steeds geen perfecte oplossing, en Schoffer ziet ruimte voor verbetering.

In de toekomst zou het nuttig zijn één bestand – één enkele bron van waarheid – te hebben voor elk onderdeel, alsook een gestandaardiseerd fabricageproces en een vooraf bepaalde prijs.

8. Verbeterde design-for-manufacturing tools

In een ideale wereld zou het mogelijk zijn om alles wat in CAD-software kan worden bedacht, te bewerken, te printen of te stempelen. Hoewel DFM-tools kunnen voorspellen welke vormen machinaal kunnen worden bewerkt, is het eigenlijke fabricageproces complexer, vooral bij stempelen. Als gevolg daarvan duurt de prototypefase langer voor onderdelen waarvoor materialen en processen worden gebruikt die wellicht kenmerken hebben waarmee DFM nog geen rekening houdt.

Hoewel handmatige DFM nog steeds de status quo in de industrie is, ziet Alex Huckstepp gespecialiseerde softwaretools opkomen voor het optimaliseren van ontwerpen voor specifieke processen en materialen. “ARRIS heeft software gebouwd die specifiek is voor ons Additive Molding-proces en continu uitgelijnde vezelcomposieten om parallel de productprestaties en de productieworkflow te optimaliseren. Andere bedrijven zoals Desktop Metal en Carbon hebben recentelijk ook hun eigen gespecialiseerde topologie-optimalisatie en DFM-software ontwikkeld.” Het Hubs-platform bevat ook een DFM-tool dat feedback geeft over hoe orders kunnen worden geoptimaliseerd.

Op het volledige verlanglijstje van Hardy Shen staat ook de mogelijkheid om meer potentiële fabricageproblemen op te sporen vóór de productie, zoals warmtedistributie en nauwkeurige risicoanalyse van kromtrekken. Naarmate DFM-tools geavanceerder worden, zal het mogelijk zijn een breder scala aan productietechnieken te analyseren en tijd te besparen door het aantal prototypen te verminderen dat nodig is om het eindproduct op de juiste plaats te krijgen.

De productietrends voorbij

De hierboven genoemde technologische vooruitgang is waarschijnlijk dichterbij dan we denken, maar de gedragsveranderingen – zoals diversiteit op de werkplek en bewustwording van nieuwe technologie – kunnen langer duren. Het menselijke element in de productie mag niet worden verwaarloosd. Nu we de tweede helft van dit decennium naderen, moeten we niet alleen kijken naar de nieuwste printers en materialen, maar ook naar binnen, om te zien welke verbindingen we kunnen maken en wat voor soort werkcultuur creativiteit en artisticiteit kan bevorderen. Dat is hoe de meest inspirerende en opwindende ontwerpen op deze wereld zijn gekomen, zelfs voordat de moderne hulpmiddelen van vandaag werden bedacht.

Dit artikel is beschikbaar gesteld door Flam3D-lid Hubs. Lees het volledige artikel dat dieper ingaat op de 8 trends op de Hubs website. U kunt ook kijken op hun trends pagina om hun industrie rapporten te downloaden.