Inductors – een verborgen businessmodel in additive manufacturing

Lee-Bath Nelson, LEO Lane

In elektronische producten behoren spoelen samen met weerstanden en condensatoren tot de belangrijkste passieve componenten. Passieve componenten kunnen energie of de doorvoer beperken zoals een weerstand dat doet, maar ze kunnen zelfstandig geen energie in de vorm van stroom of spanning opwekken. Nu is een spoel eigenlijk niets meer dan een gewonden draad van een geleidend materiaal – meestal koper. Dankzij de vorm en het materiaal wekt een stroom die door de draad wordt gevoerd een magnetisch veld op dat veel sterker is dan bij een rechte draad. In het magnetisch veld zit energie opgeslagen. Spoelen vind je in alle soorten en maten elektronica van printplaten – met spoelen in een platte spiraalvorm – tot productiemachines.

Inductor

Inductieverwarming is gemeengoed in productieprocessen in de metaal, bijvoorbeeld in de automobielindustrie. In die productielijnen wordt de energie die opgeslagen is in de inductieverwarmingsspoel – opgewekt door wervelstromen onder invloed van een wisselend magnetisch veld gebruikt voor het harden en ontlaten van metalen componenten. Elke spoel – de inductor – moet specifiek worden aangepast aan de eisen van de betreffende productielijn en het product. Moet een dergelijke spoel worden vervangen dan kan dat leiden tot een behoorlijk stilstand.

Inductors kennen veel verschijningsvormen. Omdat ze op maat worden gemaakt is 3D-printen de aangewezen productietechniek. (Protiq) 

Bewustwording

Die beide aspecten – maatwerk en tijd – maken dit een toepassing bij uitstek voor ‘on demand’ additive manufacturing. Dat geldt net zo voor de spoelvorm, een complexe geometrie. Nu moeten inductors vanwege hun functie worden gemaakt van een geleidend materiaal. Dat is nu net de eigenschap die koper enerzijds zo geschikt maakt, naar het ook lastiger maakt om het te 3D-printen. De spoel moet bovendien duurzaam zijn, en bestand zijn tegen de warmte en de gebruiksduur in industriële toepassingen. Daar komt nog bij dat de markt zich ook bewust moet worden van de mogelijkheden die er nu al zijn. Afgelopen jaar nog liet GKN – actief in onder andere poedermetallurgie en additive manufacturing van metalen componenten – weten dat eindgebruikers zich niet realiseren dat ge3Dprinte verwarmingsspoelen efficiënter zijn. De multinational voorspelde dat het wel een jaar zou kunnen duren voor de industrie de voordelen zou begrijpen.

   

Koppen bij elkaar

Aan de ene kant is daar de vraag naar maatwerk, een snelle productie en complexe geometrie. Anderzijds gaat het om een materiaal dat zeker niet standaard in AM wordt gebruikt – al helemaal niet in een industriële setting en een beperkte kennis van de mogelijke voordelen. Een aantal partijen bedrijven hebben daarom in 2017 de koppen bij elkaar gestoken om genoemde barrières te overwinnen: de GH Induction Group is samen met Aidimme speciaal gaan werken aan een manier om Electron Beam Melting (EBM) te gebruiken om koperen spoelen te 3D-printen. De Spaanse GH Induction Group is een van de grootste aanbieders van apparatuur voor inductieverwarming en Aidimme is een Spaans technologie-instituut. Tegelijkertijd gingen andere ondernemingen aan de slag om methodes voor het 3D-printen van koper te ontwikkelen. Een daarvan is het Duitse Trumpf dat heeft laten zien dat het door een TruPrint 1000 3D-printer te koppelen aan een gepulste TruDisk 1020 groene schijflaser koper én edelmetalen kan printen.

De voordelen van ge3Dprinte inductors zijn nauwelijks bekend, stelde GKN, actief in onder andere poedermetallurgie en additive manufacturing, vorig jaar nog. 

Online inductors

Nu is het AM-ecosysteem volop in beweging, maar voor deze specifieke applicatie lijkt dat nog sterker te gelden. Minder dan een jaar na de voorspelling van GKN, bieden twee bedrijven online-oplossingen aan voor het additief vervaardigen van spoelen. De GH Induction Group heeft inmiddels een speciale website – 3dinductors.com – voor het bestellen van maatwerk koperen inductoren. De andere is de Protiq Marketplace – protiq.com – die samenwerkt met Trinckle een webdienst heeft ontwikkeld voor het configureren en bestellen van klantspecifiek maatwerk ge3Dprinte koperen inductors. Protiq maakt als ‘3D-printer’ sinds 2010 deel uit van de Phoenix Contact Groep. Trinckle was in 2013 naar eigen zeggen de eerste online ‘3D-printer’ in Duitsland. Hun paramate-softwareplatform maakt het mogelijk volledig geautomatiseerd en webgebaseerd producten op maat te ontwerpen en produceren. Overigens zijn op de Protiq Marketplace website ook nog andere configuratoren te vinden voor het 3D-printen van onder andere voor tandwielen, ‘custom’ frontplaten voor ICS-elektronicabehuizingen van Phoenix Contact en gepersonaliseerde hebbedingetjes als riemgespen en balpennen en manchetknopen.

Vergelijking

Als AM-applicatie kunnen de inductors de vergelijking met de conventioneel vervaardigde spoelen inductors niet alleen aan, maar gaat het om een verbeterde uitvoering. Worden de traditionele productietechnieken in sommige gevallen als beter herhaalbaar beschouwd, bij de spoelen is het juist AM dat voor een betere reproduceerbaarheid zorgt – minder menselijke bemoeienis bij het bepalen van de vorm en de assemblage. Bovendien wordt gezegd dat een ge3Dprinte spoel duurzamer is. De levensduur van conventioneel geproduceerde spoelen is beperkt door de constructiewijze. Lasnaden in de constructie kunnen vervormen door het veelvuldig opwarmen en afkoelen van de spoelen. Bij AM kan de spoel uit een stuk worden gemaakt, zonder lasnaden of assemblage

Trumpf heeft laten zien dat het door een TruPrint 1000 3D-printer te koppelen aan een gepulste TruDisk 1020 groene schijflaser koper én edelmetalen kan 3D-printen. 

Nieuw businessmodel

Het ontwikkelen van een nieuw businessmodel met AM begint met het bepalen van een geschikte applicatie. In dit geval wegen de voordelen op tegen de nadelen. Beter gezegd: nadat het grootste nadeel – de moeilijkheid van het 3D-printen van koper – was bepaald, werd het binnen zeer korte tijd opgelost. Andere barrières zoals de vraag of bedrijven al toe zijn om AM-delen te gaan gebruiken, probeert Protiq weg te nemen door een interface te ontwikkelen die het hele proces vereenvoudigt: kies eerst uit zes mogelijkheden een basisvorm en configureer vervolgens een aantal parameters. Op deze manier neemt het de angst weg bij mogelijke gebruikers dat ze een compleet configuratietraject op maat moeten doorlopen.

Ole Bröker, hoofd Busines Development bij Trinckle: "We waren in staat
de leemte in het digitale businessmodel van de Protiq Marketplace op te vullen en een klantspecifieke ontwerpoplossing te realiseren. Een handmatig ontwerpproces zou enorme kosten hebben veroorzaakt en de levensvatbaarheid van het bedrijfsmodel in gevaar hebben kunnen brengen. Nu elke klant intuïtief, online en zonder moeite toegang heeft tot een geoptimaliseerd inductormodel, hebben we een volledig digitaal en schaalbaar proces".

De GH Induction Group heeft inmiddels een speciale website – 3dinductors.com – voor het bestellen van maatwerk ge3Dprinte koperen inductoren. 

Bron: Constructeur