artikel

3D-printen gaat alles veranderen

Innovatie

Industriële 3D-printing bevindt zich op een omslagpunt naar grootschalige toepassing.

De technologie heeft het stadium van prototyping, snuisterijen en speeltjes allang achter zich gelaten.
De 3D-printrevolutie is in volle gang, betoogt professor Richard d’Aveni (Tuck School of Business). Dat Dat bevestigt ook een PwC-enquête onder meer dan honderd productiebedrijven. In 2014 was al 11% overgestapt naar grootschalige productie van 3D-geprinte onderdelen of producten. Bij de talrijke ondernemingen die met 3D-printen pionieren, zitten onder meer GE, Lockheed Martin, Boeing, Google en het Nederlandse bedrijf LUXeXcel (lenzen voor leds). In 2014 kwam in de VS een derde van het omzetvolume in industriële automatisering en robotica al voor rekening van industriële 3D-printers. Volgens sommige projecties zal dat cijfer stijgen naar 42% in 2020. Managers zullen nu moeten bepalen of het wijs is om nog even te wachten tot 3D-printen helemaal volwassen is of dat het te gevaarlijk is om nog langer te wachten.

Flexibiliteit
Zogeheten additieve fabricage – een andere term voor 3D-printen – biedt niet het schaalvoordeel van standaardfabricage maar vermijdt wel de keerzijde ervan: gebrek aan flexibiliteit. Omdat elke eenheid onafhankelijk wordt gebouwd, kan hij makkelijk worden aangepast aan unieke behoeften of worden verbeterd of aangepast aan veranderende modes. Het opzetten van het 3D-printproductiesysteem is sowieso al veel eenvoudiger, want er zijn minder stadia. Dat is de reden dat 3D-printen al zo waardevol is geweest voor het produceren van eenmalige voorwerpen, zoals prototypes en vervangingsonderdelen die zelden nodig zijn. Maar ook voor productie op grotere schaal komt additieve fabricage steeds meer in beeld. Klanten kunnen kiezen uit eindeloze combinaties van vormen, groottes en kleuren, en deze customisatie verhoogt de kosten van de fabrikant nauwelijks – zelfs niet als de orderomvang massaproductieniveaus bereikt.

Een belangrijk deel van het ‘additieve voordeel’ is dat onderdelen die eerst apart werden gefabriceerd en daarna werden geassembleerd, nu in één enkele run in één stuk kunnen worden geproduceerd. Een eenvoudig voorbeeld is de zonnebril: die kan in één keer worden gemaakt, zonder assemblage. Hetzelfde geldt voor complexe mechanische onderdelen, zoals versnellingsbakken. De grote aantrekkelijkheid van het beperken van assemblagewerk versnelt de groei van additieve fabricage nog verder. Het extreemste voorbeeld komt uit de VS. Het ministerie van Defensie, Lockheed Martin, Cincinnati Tool Steel en Oak Ridge National Laboratory ontwikkelen 3D-technieken om het grootste deel van het endoskelet en exoskelet van gevechtsvliegtuigen te printen, inclusief de romp, vleugels, interne structurele panelen, ingebedde bedrading en antennes en binnenkort ook de centrale lading-dragende structuur. Zogeheten big area additive manufacturing maakt dergelijke fabricage van grote objecten mogelijk door gebruik te maken van een gigantische rijbrug met gecomputeriseerde controlemechanismen om de printers in positie te brengen. Het Amerikaanse leger heeft in Irak en Afghanistan al gewerkt met drones van Aurora Flight Sciences, dat de hele romp van deze onbemande luchtvaartuigen – sommige met een vleugelspanbreedte van 40 meter – print in één build.

Strategie in drie dimensies
Kortom: additieve fabricage heeft enorme voordelen op standaardfabricage – waar nog aanzienlijke voordelen bijkomen qua voorraad-, transport- en faciliteitkosten. Managers in allerlei soorten bedrijven zouden moeten bedenken hoe hun bedrijf zich gaat aanpassen op de volgende drie strategische dimensies.

Aanbod
Productstrategie is het antwoord op de meest basale vraag die er is in het zakenleven: wat gaan we verkopen? Bedrijven moeten bedenken hoe ze hun klanten beter kunnen gaan bedienen in een tijdperk van additieve fabricage. Welke ontwerpen en productfeatures zijn straks mogelijk die er nu nog niet zijn? Wat levert het op als restricties of vertraging bij de levering worden geëlimineerd?

In de luchtvaartindustrie en de automotive industrie bijvoorbeeld zal 3D-printen het meest worden gebruikt voor verbetering van de prestaties. Zo biedt 3D-printen fabrikanten de mogelijkheid om een onderdeel uit te hollen teneinde het lichter en brandstofefficiënter te maken en om interne structuren te incorporeren die meer treksterkte, duurzaamheid en weerstandvermogen tegen schokken geven. In andere bedrijfstakken zal het gebruik van meer ‘gecustomiseerde’ en zich snel ontwikkelende producten gevolgen hebben voor hoe producten worden gemarket. Wat gebeurt er met het concept van productgeneraties – laat staan de heisa rond een lancering – als dingen continu kunnen worden geüpgraded bij opeenvolgende printings in plaats van in de grote sprongen die samenhangen met de hogere toolingkosten en langere insteltijden van conventionele fabricage? Al dan niet aangestuurd door cloud-gebaseerde kunstmatige intelligentie?

Operaties
Operationsstrategie omvat alle vragen over hoe een bedrijf goederen koopt, maakt, verplaatst en verkoopt. Bedrijven moeten in hun analyses de totale kosten van fabricage en overhead in aanmerking nemen. Hoeveel zou er kunnen worden bespaard door assemblagestappen te verwijderen? Door de voorraden drastisch te verlagen door alleen te produceren in respons op actuele vraag? Of door op andere manieren te verkopen – bijvoorbeeld rechtstreeks aan gebruikers via interfaces waar ze elke mogelijke configuratie kunnen specificeren?

Andere vragen hebben te maken met de locaties van de faciliteiten. Hoe dicht in de buurt van welke klanten moeten ze zich bevinden? Hoe kunnen sterk gecustomiseerde orders net zo efficiënt worden geleverd als ze worden geproduceerd? Moet printing worden gecentraliseerd in fabrieken of worden verspreid over een netwerk van printers bij distributeurs, bij winkels, in vrachtwagens of zelfs in de faciliteiten van klanten? Misschien wel allemaal. Een kortere transportafstand voor producten of onderdelen bespaart niet alleen geld: het bespaart tijd. Autofabrikanten als BMW en Honda bewegen dan ook richting additieve fabricage van allerlei industriële gereedschappen en auto-onderdelen in hun fabrieken en bij hun dealers – vooral nu nieuwe metalen, composietplastics en koolstofvezelmaterialen beschikbaar komen voor gebruik in 3D-printers.

Distributeurs in allerlei bedrijfstakken kijken met speciale aandacht mee. UPS bijvoorbeeld bouwt op zijn bestaande third-party logistics-business en verandert zijn magazijnen op de grote vliegvelden in minifabrieken. Het idee is om maatonderdelen te produceren en aan klanten te leveren op het moment dat die ze nodig hebben, in plaats van kilometers aan planken vol te hebben staan met enorme voorraden. Welkom bij just-in-time instant voorraadbeheer.

Ecosysteem
Tot slot is de vraag waar en hoe de onderneming in haar bredere businessomgeving past. Hier houden managers zich bezig met twee puzzels: wie zijn we, en wat moeten we in bezit hebben om te zijn wie we zijn? Aangezien additieve fabricage bedrijven in staat stelt om printers aan te schaffen die talrijke producten kunnen maken, en aangezien onbenutte capaciteit wordt ‘verhandeld’ met andere bedrijven ten dienste van andere producten, worden de antwoorden op die vragen een stuk onduidelijker. Stel dat je rijen printers in je faciliteit hebt staan die de ene dag auto-onderdelen bouwen, de volgende dag militaire apparatuur en de dag daarna speelgoed. Van welke bedrijfstak maak je deel uit? Traditionele grenzen gaan vervagen – terwijl managers juist een sterk besef nodig hebben van de rol van het bedrijf in de wereld om beslissingen te kunnen nemen over de activa waarin ze investeren – of die ze desinvesteren. Het kan dat hun organisatie zich ontwikkelt tot iets heel anders dan voorheen. Als bedrijven bevrijd zijn van veel van de logistieke eisen van standaardfabricage, moeten ze opnieuw kijken naar de waarde van hun capaciteiten en andere activa en naar hoe die concurreren met of een aanvulling zijn op de capaciteiten van andere bedrijven.

Mensvrije productie
Eén positie in het ecosysteem zal het meest centraal en krachtig blijken te zijn – iets wat al bekend is bij de grootste spelers in de additieve-fabricagebusiness, zoals eBay, IBM, Autodesk, PTC, Materialise, Stratasys en 3D Systems. Veel van deze firma’s willen de platforms ontwikkelen waarop andere bedrijven straks gaan bouwen en samenwerken. De rol van platformaanbieder is de grootste strategische doelstelling die ze kunnen nastreven: degenen die straks de controle hebben over het digitale ecosysteem bevinden zich in het hart van een geweldige hoeveelheid industriële transacties.

De toekomst van additieve fabricage zal verrassingen opleveren die achteraf totaal logisch lijken maar die je je nu nog moeilijk voor kunt stellen. Stel je voor hoe printers uiterst vakbekwame werknemers zouden kunnen vervangen, waarbij hele ondernemingen en zelfs hele op productie gebaseerde landen overgaan op ‘mensvrije’ productie. In zulke ‘machineorganisaties’ werken dan misschien alleen nog maar mensen om de machines te onderhouden.

Deze toekomst begint al snel. Als bedrijven eenmaal de voordelen ervaren van meer fabricageflexibiliteit, willen ze ongetwijfeld snel meer. En naarmate de materiaalwetenschappen meer printbare substanties creëren, volgen er meer fabrikanten en producten. Local Motors liet onlangs zien dat het in 48 uur een goed uitziende roadster kan printen, van kop tot staart, inclusief wielen, chassis, carrosserie, dak, stoelen en dashboard (maar nog geen versnellingsbak). Als de roadster in productie gaat, mét versnellingsbak, gaat hij ongeveer 20.000 dollar kosten. Als de kosten van 3D-apparatuur en -materialen verder dalen, worden de resterende schaalvoordelen van de traditionele methoden een ondergeschikte factor.

Dit is wat we kunnen verwachten: binnen vijf jaar zullen er volledig geautomatiseerde, high-speed en high-volume additieve-fabricagesystemen zijn die economisch gelijkwaardig zijn aan gestandaardiseerde onderdelenproductie.
Bron: Harvard Business Review, mei 2015 (bewerkt en vertaald door Management Trends, jan/febr. 2016)

Reageer op dit artikel