KMWE 3DP en DutchAero: samenspel tussen nieuw en oud vakgebied

DutchAero, sinds februari 2014 onderdeel van KMWE in Eindhoven, is onder andere specialist in thermal spray coatings voor aerospace en non-aerospace onderdelen. KMWE 3DP, actief sinds januari 2014, biedt engineering en 3D (metaal)printing services en ondersteunt haar klanten in de technische en commerciële afweging tussen de unieke mogelijkheden van 3D printen en de bestaande verspanende technologieën. Samen hebben zij de handen ineengeslagen om ieder met de eigen kunde en kennis te komen tot unieke producten.

Wim de Grood
 

Aandrijvingen & lagers voorzien van TS coatings.


KMWE is een typisch familiebedrijf uit de Eindhovense Brainport regio. Vanaf de oprichting door de heren Geven in 1955 is de Klein Mechanische Werkplaats Eindhoven, afgekort KMWE, inmiddels uitgegroeid tot een internationale speler met vestigingen en partnerships in Eindhoven, Maleisië, Turkije en India. Zij leveren complexe, functioneel kritische componenten en hoogwaardig (cleanroom) geassembleerde mechatronische modules aan diverse veeleisende klanten. De medische sector, de halfgeleiderindustrie, industriële automatisering en luchtvaart zijn de markten waarin KMWE actief is.
In 2014 rondde KMWE de overname van DutchAero af, een belangrijke toeleverancier in de regio voor de luchtvaart industrie. Hiermee heeft KMWE haar productiemogelijkheden verder uitgebreid en levert nu ook onderdelen voor vliegtuigmotoren.
KMWE streeft een langdurige samenwerking na met toonaangevende regionale multinationals zoals ASML, Fokker en Philips, als wel internationale spelers als Airbus, Roche, GE en Rolls-Royce.
KMWE loopt voorop op het gebied van innovatie en ontwikkeling.
Complex titanium verspanen en 3d metaalprinten zijn voorbeelden van deze ontwikkelingen. Ook is KMWE in steeds grotere mate verantwoordelijk voor de ontwikkeling en engineering van onderdelen.
KMWE telt intussen meer dan 500 gemotiveerde en goed opgeleide medewerkers en bestaat dit jaar 60 jaar.

Wat heeft Thermal Spraying met Additive Manufacturing?

Zo op het eerste gezicht niets. Arno Gramsma, directeur van 3DP hierover: “Samen met Guido Drouen, directeur Thermal Spraying van DutchAero ben ik aan het kijken hoe wij voor additive manufacturing en thermal spraying combinaties kunnen vinden om zo de klant iets te kunnen aanbieden wat hij eerst niet kon maken”. Drouen noemt als voorbeeld het aanbrengen van keramiek op titanium in geval van een hittebestendig vlak: “ Zowel 3D metaalprinten als thermal spraying maken beiden gebruik van soortgelijke metaalpoeders. De kennis hiervan is in ruime mate aanwezig bij het thermal sprayen en die kunnen we goed gebruiken bij het 3D printen. Natuurlijk zijn er eigenschappen die belangrijker zijn voor het ene vakgebied dan voor het andere, maar de basis is toch het gelijksoortig materiaal. In het onderzoeksproces zit ik voornamelijk in het materialenstuk en Arno zit in belangrijke mate in het processtuk. Je hebt na het printen eigenlijk een halffabricaat met allerlei structuren daaronder en dat erg ruw is. Er moet dus nog nabewerking plaatsvinden en samen zijn wij nu aan het kijken welke technologieën wij daarvoor in huis hebben of moeten ontwikkelen. Op dit moment geloof ik nog niet in een kant-en-klaar product uit een 3D printer”. Arno Gramsma bevestigt dit: “Die nabewerking kan zijn dat je er iets op aanbrengt, maar je kunt er ook iets afhalen. Dat is op dit moment de relatie tussen Thermal Spraying en Additive Manufacturing. Naast thermal spraying zie je ook een trend ten aanzien van lassen. Je kunt poeders versmelten tot een structuur die je opbouwt. Dat is een lasproces. Daar worden ook poeders versmolten.
Het is eigenlijk materiaal versmelten om een nieuwe vorm te creëren. Dat kan in de vorm van een coating maar ook van een melting of laser cladding. Zo willen wij kijken hoe wij door een product of een functionaliteit op te bouwen de klant kunnen helpen. Dat kan bijvoorbeeld door middel van een coating waardoor het product extra sterk wordt. Dat zie je voornamelijk in de papierindustrie. Maar je hoeft er geen hele laag op aan te brengen. Je kan ook een uitstulping aanbrengen of het oppervlak veranderen. Wij zien met name veel in de combinatie van het modificeren van materialen om bepaalde eigenschappen lokaal aan te brengen. Met 3D printen hoef je niet iets massiefs te maken, je kunt het ook van een interne structuur (bijvoorbeeld een honingraatprofiel) voorzien. En dan kun je ook zeggen dat dit vlakje slijtvast moet zijn en dit gedeelte flexibel. Multimateriaal dus. Dat is één aspect. Het andere is het combineren van verschillende productietechnologieën in een product. Als wij de concurrentie wereldwijd willen aangaan moeten we over dit soort slimme dingen nadenken. Hoe kunnen we die toegevoegde waarde voor de klant zo aanbieden, dat hij daar echt veel voordeel mee heeft? Wij kunnen een product voortbrengen wat niet gemaakt kan worden met conventionele productietechnieken waardoor wij extra functionaliteiten kunnen bieden. Binnen KMWE zijn we hard bezig onze productietechnologieën zodanig te combineren dat we die zo optimaal mogelijk kunnen aanwenden voor onze klanten. We kunnen combinaties maken die tot voor kort niet mogelijk waren”.


3D geprint product met TS laag.

Designers

“Deze manier van gecombineerd produceren vergt van designers een andere manier van denken. Vaak hebben zij al een product ontworpen en dan pas komen ze bij ons met de vraag of wij dat kunnen maken.” Arno Gramsma vervolgt: “In sommige gevallen moeten we samen met hen terug naar de tekentafel om een bepaalde hoek of samenstelling van de laag aan te passen. Na de aanpassing moet nog wel worden geanalyseerd (FEM) of gecontroleerd (DT/NDT) of het ontwerp nog wel sterk genoeg is en of de warmte nog wel goed kan worden weggeleid.” Guido Drouen vult aan: “Alle functionele eisen die je in het begin stelt, het kader waarbinnen een functie moet werken zoals komen er veranderingen bij een bepaalde temperatuur, moet het kunnen geleiden of niet, moet het glad zijn of juist niet, moeten in het design zijn verwerkt voordat je naar de volgende stap kunt gaan.”

Materiaalkunde

Guido Drouen: “Bij het designproces speelt materiaalkunde een belangrijke rol. Maar de opleidingen op dat gebied zijn in Nederland behoorlijk afgezakt in de loop der jaren. Voor ons vakgebied is dit echter van levensbelang. Wij moeten kunnen bewijzen dat ons product voldoet, we moeten kunnen voorspellen wat voor eigenschappen eraan verbonden zijn. Thermal Spraying is al heel oud, maar de kennis is in Nederland nauwelijks aanwezig. Er zijn maar weinig mensen die het proces kennen en weten wat je ermee kunt. Het is niet zo maar even een laagje aanbrengen.

Je kunt door gebruik van verschillende lagen eigenschappen aan een product toevoegen. Wij zijn daar dagelijks mee bezig. Als er iets verandert aan je poeder, kunnen de eigenschappen wijzigen waardoor het eindproduct ook heel anders kan uitpakken. Dat kan dan weer tot problemen leiden. Daar ligt een link naar 3DP en ook de grote uitdaging van onze samenwerking: het combineren van technieken om zo te komen tot unieke producten.”
Er is hier sprake van een combinatie op het gebied van materiaalkunde van een heel oud vakgebied met een modern vakgebied dat eigenlijk nog in de kinderschoenen staat. Drouen: “Wij hebben hier een gedegen kennis vanuit allerlei aerospace normen en de eisen die gesteld worden aan het eindproduct. Soortgelijke manieren van procesbeheersing zie je ook steeds meer in andere industrieën. Wij moeten borgen, dat het product wat geleverd wordt aan allerlei eisen voldoet en betrouwbaar is. Hoe ga je dat nou inrichten in het totaal nieuwe vakgebied van 3D printing. Ook op het gebied van procescontrole brengen wij een hoop kennis in. Er zijn in Nederland veel bedrijven die kunnen spuiten, maar er zijn er maar enkelen die materiaalonderzoek kunnen doen. Daar is DutchAero er één van. Kwaliteitscontrole is heel belangrijk. Daarom vinden wij dat wij moeten kunnen beschikken over een goed ingericht laboratorium. Zo kunnen wij dan aan de klant aantonen, dat wij zijn product volgens een bepaalde methode hebben gemaakt. Bij thermal spraying zijn allerlei standaarden vastgelegd, bij 3D printing is dat veel minder, omdat het nog een jonge tak van sport is. De verwachting is wel, dat een aantal OEM’ers in de wereld die standaarden gaan bepalen. En dan is het handig als je weet waar het over gaat. Als je vroegtijdig in die ontwikkelingen stapt, kun je deze mede vormgeven.”

Metallurgisch laboratorium is USP

DutchAero beschikt over een professioneel uitgerust coating- en metallurgisch laboratorium. Daar worden kwaliteitscontroles uitgevoerd op het gebied van maatvoering maar ook microscopisch onderzoek naar dikte, porositeit, microstructuur, gesmolten deeltjes, oxide inclusie, enzovoorts. Daar vindt ook onderzoek plaats naar nieuwe vormen en multimaterialen. Het combineren van eigenschappen van materialen zoals Gramsma en Drouen het noemen. Dat gebeurt experimenteel, maar ook vragen klanten er concreet naar. Als voorbeeld noemen zij het aanbrengen van messing of koper op textiel en composits. Uit vernieuwende energiesectoren komen veel vragen. Guido Drouen: “Dan moet je denken aan microturbines, warmtewisselaars, fuel cells en decentrale energieopwekking. Als je onderdelen voor grote turbines kunt maken kun je die ook voor kleine maken. Het gaat er nu om kennis te delen om er zo voordeel uit te halen. Het is dus zaak om samen te werken met partijen zoals dat momenteel in AddLab gebeurt.” Het AddLab is het consortium waarin KMWE als partner expertise van het metaal printen mede ontwikkelt. “Maar je moet er wel open voor staan”, zegt Gramsma. “Het is geen black box meer waar je alles voor jezelf houdt. Die benadering zie je helaas nog maar al te veel.” Het laboratorium is voor de samenwerking tussen thermal spraying en 3D printen als het ware een levensader. “Hiermee kunnen wij bewijzen, dat onze lagen goed zijn en dat is een service die de meeste bedrijven niet kunnen bieden. Zeker bij 3D printen is het zaak om te bewijzen, dat het product aan de gestelde eisen voldoet. Daarom willen wij met name de metallurgie kant nog verder uitbreiden. Hiervoor hebben wij recent een nieuwe metallurg aangenomen. Ook zijn we aan het kijken om extra apparatuur aan te schaffen om diepere analyses te kunnen doen. Feitelijk zijn we bezig het coatingslab om te bouwen naar een materiaal lab”, aldus Guido Drouen. Arno Gramsma vervolgt: “De diensten van het lab zijn niet alleen voor onszelf. We willen die ook aan derden aanbieden. Op het gebied van coatings, solderen en lassen hebben we veel kennis in huis. Je ziet, dat metallurgisch onderzoek in Nederland steeds minder wordt. Daarom willen wij dit expliciet aanbieden aan onze klanten. Iedereen kan straks een printer kopen, maar dan is het maar afwachten of het product voldoet. Niet iedereen kan zomaar een lab oprichten en de blauwe ogen zijn in de meeste gevallen ook niet voldoende. Procesbewaking zie je steeds meer terugkomen. Opdrachtgevers willen bewijslast zien. Hier zien wij, omdat dat steeds belangrijker wordt, voor ons een groeimarkt.”
Drouen en Gramsma zijn huiverig om hun kennis voor zichzelf te houden. Bijna in koor zeggen zij: “Wij willen onze kennis delen, zodat we onze klanten daarmee kunnen helpen. Wij hebben daar dus een andere filosofie in. Het is een kwestie van tijd en bovendien is de markt nog niet zo groot en tamelijk pril. Er valt nog een boel te doen op het gebied van kwaliteitsaspecten. Wij lopen daar nu in voorop en daarom durven we best te stellen, dat dit één van onze belangrijkste USP’s (unique selling point) is. Wij hebben die maak- en evaluatiekennis (expertise) gewoon in huis. En die willen we uitdragen. Er is dus nog een hoop missiewerk voor ons.”


Plasma spray proces in actie.

Nieuwbouw

Begin dit jaar is Brainport Industries Campus van start gegaan. Dit wordt dé campus voor de hightech maakindustrie in Eindhoven. KMWE is het eerste bedrijf dat heeft toegezegd zich daar te gaan vestigen. De planning is dat eind 2016 met de aanleg wordt gestart. De campus ligt vlak aan de A2 in de buurt van Eindhoven Airport. KMWE is nu nog gevestigd op diverse locaties in de stad.
Over de toekomst zegt Arno Gramsma van 3DP: “We gaan nog meer kijken naar een geïntegreerd productieproces, net zoals dat nu al bij het frezen het geval is. Vooral op het gebied van additive manufacturing zal nog het een en ander moeten worden gedaan. De 3D printers zijn nog niet zo geautomatiseerd als we nu van onze freesmachines verwachten, terwijl designers moeten leren hoe ze voor deze nieuwe techniek moeten en kunnen ontwerpen. Bovendien moet je 3D printing zien als één van de beschikbare technieken. Vergelijk het maar met de traditionele technieken. Gieten heeft een bepaald deel van de markt en frezen heeft dat. Je ziet dat deze technieken ook naar elkaar toegroeien. Maar bij al die productiegebieden zal er altijd een uniek gebied zijn dat elkaar niet overlapt. En dat zijn de toegevoegde waardes die je wel aan je klant kunt aanbieden. Daar moeten we heel goed gebruik van maken.” En dat is iets wat we van KMWE zeker kunnen verwachten.

Thermal Spraying niet alleen voor lucht- en ruimtevaartindustrie
 

DutchAero heeft de beschikking over een volledig ingerichte afdeling voor thermal spray coating van onderdelen. Deze coatings worden vanwege verschillende eigenschappen gebruikt zoals voor het bieden van bescherming tegen slijtage, hoge temperaturen en corrosie. Niet alleen de lucht- en ruimtevaartindustrie kunnen gebruik maken van thermal spraying, maar ook andere industrieën kunnen baat hebben bij thermisch gespoten lagen. Bedrijven die speciale technische eisen stellen aan oppervlakten kunnen hun producten laten bewerken bij DutchAero. Voorbeelden hiervan zijn onderdelen in semiconductor apparatuur, medische apparatuur, automotive, papierindustrie en onderdelen bestemd voor de voedingsmiddelen industrie. DutchAero heeft hiervoor de volgende thermal spraying technieken in huis:
• HP-HVOF (2 cellen)
• Plasma spray (4 cellen)
• Flame spray (1 cel)
• Arc spray (1 cel)
• Dry film lubricant (1 cel)
Materialen kunnen beschermd worden tegen hitte (uitlaatsystemen, composieten), slijtage (turbines, compressoren, pompen) of erosie- en cavitatiebestendig. Wat minder bekende toepassingen betreffen elektrische isolerende of juist geleidende lagen. Tevens blijken bepaalde industrieën behoefte te hebben aan slijtvaste oppervlakten met speciale ruwheden (papier- en textielindustrie). Naast de algemene AS9100 luchtvaartcertificering zijn diverse processen Nadcap approved. Bovendien beschikt DutchAero over een volledig ingericht coatings evaluatie en material laboratorium dat zijn diensten ook aan derden aanbiedt. Met behulp van hoogwaardige apparatuur worden mechanische evaluaties uitgevoerd en met optische microscopie worden analyses gemaakt (zie elders in dit artikel). Tevens beschikt DutchAero over divers Non Destructive Testing processen zoals MPI, FPI & Xray.




Website: www.kmwe.com
E-mail: info@kmwe.com
E-mail: a.gramsma@kmwe.com
E-mail: guido.drouen@dutchaero.nl
LinkedIn: www.linkedin.com/company/kmwe
Twitter: https://twitter.com/KMWEprecision
YouTube: https://www.youtube.com/user/KMWEprecision