naar top
Menu
Logo Print
16/12/2019 - MARJOLEIN DE WIT

3D-PRINTEN EN ONDERHOUD BIJ DEFENSIE

3D-printen Defensie

Wanneer een pragmatische organisatie de kans krijgt ...

Defensie heeft de afgelopen jaren geïnvesteerd in het onderzoeken van de mogelijkheden die 3D-printen de organisatie biedt. De resultaten geven aan dat de productiemethode op vele fronten is in te zetten. Onder andere de verschillende onderhoudsafdelingen profiteren van de mogelijkheden om snel zeer specifieke producten te maken om zo onderhoud op een zeer pragmatische manier te kunnen benaderen. Of het nu om houders, beugels, dummy’s, dopjes of spalken gaat. Een inspiratiebron voor velen.

VAN 3D-PROTOTYPING TOT PRODUCTIETECHNIEK

3D-printen defensie3D-printen was oorspronkelijk een prachtige manier om snel een prototype te maken. Hiermee was ‘in het echt’ te zien hoe het toekomstige product zou ogen. Past het? Werkt het? Inmiddels is 3D-printen een volwaardige productietechniek geworden waarbij mensen en organisaties vooral profiteren van de vrije vormen die hiermee zijn te realiseren én de mogelijkheid om constructies optimaal af te stemmen op de toepassing. Zodanig dat er een minimale hoeveelheid materiaal nodig is, wat leidt tot oplossingen met een optimale verhouding tussen gewicht en sterkte/ stijfheid. En dat uiteraard allemaal binnen een kort tijdsbestek.

MIND

Defensie 3D-printenOngeremd brainstormen

Ook de Nederlandse defensieorganisatie ziet in 3D-printen mogelijkheden om efficiënter (goedkoper), slimmer of veiliger te kunnen werken. Welke mogelijkheden dit precies zijn, is onderzocht vanuit MIND, wat staat voor: Militaire INnovatie door Doen.

Bart Zwiep is aanjager van het initiatief en geeft aan: “We zijn begonnen met het opzetten van een informeel kennisnetwerk; dat betekent dat je ongeremd kunt brainstormen met veel enthousiaste mensen zonder dat je officiële conclusies moet trekken en rapporten moet schrijven. Een prima methode om de innovatie uit de mens te halen. Daarna is het natuurlijk zaak om de nodige randvoorwaarden te scheppen, zodat potentiële mogelijkheden ook maximaal kunnen worden benut. Om vervolgens structuur aan te brengen, zijn we uiteindelijk gewoon begonnen.”

Ineens in the field

Dit begin werd niet in een beschermde laboratoriumomgeving georganiseerd, maar vond direct in het veld plaats. De eerste 3D-printer vanuit MIND werd namelijk naar Mali gestuurd waar de meerwaarde voor de onderhoudsafdeling al snel duidelijk werd. Bij een specifiek voertuig moest op een zeker moment een onderdeel worden vervangen dat niet beschikbaar was. Dit onderdeel werd uiteindelijk getekend, ter plekke geprint en gemonteerd waarna het voertuig weer inzetbaar was.

“Een dergelijk succes is cruciaal om een thema als 3D-printen levend te maken in een willekeurige organisatie”, meent Zwiep. “Ook bij defensie gebeurde dit en startten verschillende afdelingen met het opperen van ideeën, uitproberen, leren en groeien. Alle Krijgsmachtdelen – landmacht, marine en luchtmacht – hebben het afzonderlijk opgepakt en deels uitgewerkt voor hun eigen omgeving. Daarnaast waken we voor een meer structurele implementatie om zo te voorkomen dat taken onnodig dubbel worden uitgevoerd en kennis en ervaring onderling toegankelijk te maken.”

Bart ZwiepBart Zwiep (Innovatiemanager MIND):

"Een succes behaal in de praktijk - zoals in Mali - is cruciaal om een thema als 3D-printen levend te maken in een willekeurige organisatie."

LANDMACHT

Tankwerkplaats in Leusden experimenteert

Inmiddels maken niet alleen de militairen in Mali, maar ook de Nederlandse onderhoudswerkplaatsen intensief gebruik van de mogelijkheden die 3D-printen hun biedt.

Zo heeft Gerben Fokkink (Coördinator van het Additive Manufacturing Expertise Centrum bij Defensie) de techniek binnen de Landmacht onder meer opgepakt ten behoeve van de herstelpelotons waar (grondgebonden) materieel wordt gerepareerd en onderhouden. De werkplaats in Leusden staat vol met grote (rups)voertuigen die hier voor een reguliere onderhoudsbeurt of reparatie naartoe worden gebracht. Afhankelijk van het benodigde onderhoud worden de voertuigen hier (bijna) volledig gestript, gereinigd, gesmeerd en weer opgebouwd.

Tank 3D-printen defensie

Kleine vervangingsonderdelen

dieselklepje geprint“Sommige onderdelen worden vervangen door nieuwe en dan loop je wel eens tegen situaties aan waarbij relatief kleine zaken ontbreken”, vertelt Fokkink.

“Bijvoorbeeld een kunststof klepje dat onderdeel is van de vulopening van een dieseltank. Je kunt er dan voor kiezen een heel nieuw onderdeel te bestellen dat relatief duur is en waarvan de levertijd ook niet bevorderlijk is voor de doorstroming. Door de beschikbare 3D-printer hebben we besloten dit klepje zelf te tekenen en te printen, wat uitermate goed heeft gewerkt (zie detail rechts). Voor dit type toepassingen is 3D-printen echt een uitkomst.”

Kenniscentrum 3D-printen

In Leusden is tevens een ‘Kenniscentrum 3D-printen’ ingericht. Hier wordt onder meer gewerkt aan een optimale logistieke en IT-inrichting om 3D-printen binnen Defensie verder te professionaliseren. Bijvoorbeeld middels datasharing (het delen van print-bestanden).

LUCHTMACHT

Experimenteerfase voorbij

Bij het Logistiek Centrum Woensdrecht (LCW) van de Luchtmacht wordt al langer met 3D-printen geëxperimenteerd, waardoor de productietechniek hier inmiddels al op grotere schaal wordt toegepast. Dit Centrum heeft naast locaties in Woensdrecht ook een werkplaats in Dongen waar onderhoud wordt uitgevoerd voor zowel de lucht- als de landmacht. Leon is een van de zes medewerkers die zich in Dongen volop richten op 3D-printen, en legt uit: “Buiten de vliegtuigen en tanks zijn er grote overlappingen tussen het grondgebonden materieel van de lucht- en landmacht. Daarom werken we nauw samen met het kenniscentrum in Leusden. Belangrijk voor de combinatie 3D-printen en onderhoud is bij ons dat we deze techniek uitsluitend mogen inzetten voor niet-kritische onderdelen. Wanneer een van de producten faalt mag dit dus niet leiden tot gevaarlijke situaties.

Dit zal overigens niet altijd zo blijven. Bij het NLR wordt op dit moment onderzoek gedaan naar het 3D-printen van metalen onderdelen die uiteindelijk kunnen worden gecertificeerd, zodat we de weg naar het printen van kri­tische onderdelen uiteindelijk toch kunnen uitlopen.”

Geld besparen met pasmallen

Defensie 3D-printenNiet-kritische onderdelen dus. En daar zijn in Dongen vele voorbeelden van te vinden. Evenals in Leusden en Mali is en blijft 3D-printen bij uitstek geschikt om onderdelen te produceren die niet meer beschikbaar zijn, waarvan de levertijd erg lang is of waarbij het anders noodzakelijk is om een volledig samenstel te bestellen, terwijl er maar één klein onderdeel nodig is. Verder zijn er de afgelopen jaren een aantal ‘pasmallen’ getekend en geprint.

Defensie 3D-printenLeon: “We hebben relatief vaak te maken met het onderhouden van behoorlijk oud materieel waarbij je weet dat je niet alle onderdelen meer kunt bestellen. Wanneer dit toch mogelijk is, loop je echter tegen andere problemen aan. Zo is het oorspronkelijke materieel door de tijd heen vervormd, waardoor deze nieuwe onderdelen niet meer passen. In die gevallen printen wij, aan de hand van de originele tekeningen, zelf eerst de onderdelen en zorgen we ervoor dat deze precies passen. De kunststof onderdelen worden daarna gemeten en die gegevens worden verwerkt in de nieuwe tekeningen. Wanneer de uiteindelijke onderdelen dan worden geproduceerd, zijn deze zonder problemen in één keer in te bouwen. Bij een van onze NAVO-collega’s hebben we gezien hoe handig deze aanpak is. Hier was wel met de oorspronkelijke informatie gewerkt, waardoor er onderdelen onder spanning zijn ingebouwd. Dit heeft geleid tot beschadigingen aan het materieel.”

3D-geprinte hulpmiddelen voor onderhoud

Defensie 3D-printenAndere 3D-printvoorbeelden die direct gerelateerd zijn aan onderhoud, zijn de speciale stofkappen die worden gebruikt om technische onderdelen in een machine of installatie af te dekken na demontage van een specifiek onderdeel. Dit voorkomt dat stof of vuil kan binnendringen op plaatsen waar je op dat moment als monteur helemaal niet bezig bent. Op eenzelfde manier kunnen kappen beschermen tegen aanraakgevaar (elektriciteit) of andere zaken. Tevens print de afdeling heel wat hulpmiddelen om onderdelen eenvoudig te kunnen vervangen en monteren. Mallen waarmee een specifiek gatenpatroon (boren) eenvoudig is over te zetten op een nieuwe onderdeel of hulpstukken die de montage vereenvoudigen.

Leon: “Tot slot moet je bedenken dat je van 3D-printen enorm creatief wordt in het bedenken van oplossingen waardoor je bepaalde zaken eenvoudiger kunt modificeren of uitbreiden met onderdelen die het gebruik veiliger of ergonomischer maken.”

MARINE

Marine 3D-printen

Tot slot is ook de marine – als eerste binnen defensie – al jarenlang bezig met 3D-printen. Specialist Ben Jansen (CNC-coördinator en innovatiecoach bij de marine in Den Helder) was ooit de eerste die zijn zelfbouwprinter op het werk introduceerde, en is anno 2019 medeverantwoordelijk voor de 3D-ontwikkeling van de afdeling ‘Instandhoudingsgroep Klein Boven Water’. Hier werken mensen die onderhoud uitvoeren aan operationele marineschepen en onderzeeboten.

“Operationele inzetbaarheid is voor veel van ons materieel van groot belang”, weet Jansen. Dit betekent dat we in bepaalde situaties snel en doeltreffend moeten kunnen handelen om deze inzetbaarheid te handhaven. Na veel testen en onderzoek is nu besloten dat standaard ieder marineschip wordt voorzien van een 3D-printer aan boord; dat is inmiddels bij tien schepen het geval. Een waardevolle aanvulling op de frees- en draaibank die standaard aan boord beschikbaar zijn.”

In Den Helder aan de wal draaien al jaar en dag verschillende 3D-printers om complexe vormdelen te produceren waarmee specifieke reparaties zijn uit te voeren. Een van de vele producten die Ben Jansen (met SpaceClaim) tekende, is een onderdeel van een koelwatersysteem in de FRISC-motorboten. In dit systeem was een van de slangen defect en was het niet mogelijk om dit onderdeel op korte termijn op locatie te hebben. Met behulp van tekensoftware en de 3D-printer werd in relatief korte tijd een koppeling getekend, vervolgens geprint en met slangklemmen gemonteerd. De boot kon weer varen.

Grootformaat 3D-printrobotarm

Naast de standaard kleinere printers zijn hier tevens een viertal grote 3D-printers te vinden, waaronder ook een grootformaat 3D-print-robotarm. “Net als bij andere Krijgsmachtdelen worden er bij de marine ook geen kri­tische onderdelen geprint, maar gaan we binnenkort wel als eerste experimenteren met het printen van metaal. Ook dat gaat in het kader van onderhoud en reparatie nieuwe mogelijkheden opleveren”, besluit Jansen optimistisch.

MOBIELE 3D-PRINTER VERLAAGT KOSTEN OP MISSIE

Bram WesterweelHet onderwerp ‘3D-printen bij defensie’ is dermate interessant dat Bram Westerweel hier in mei succesvol op promoveerde aan de TU Eindhoven. Zijn onderzoek richtte zich op de meerwaarde die een 3D-printer biedt wanneer deze wordt meegenomen op missie. Vredesmissies zitten immers vaak op afgelegen locaties, waardoor Defensie ter plekke een flinke voorraad reserveonderdelen moet hebben om alles draaiende te houden.

Westerweel: “De systemen van de landmacht bestaan uit vele duizenden verschillende onderdelen waar­van een deel onderhevig is aan slijtage of op een andere manier kan falen. Ik verwacht op basis van mijn onderzoek dat 10 tot 20% van deze onderdelen ‘printbaar’ is. Dat betekent dat je deze dan niet hoeft mee te nemen (transport) en op te slaan (ruimte en logistieke kosten), maar dat je deze pas print op het moment dat je ze nodig hebt.”

Kosten-baten

Zijn onderzoek bevestigde uiteindelijk zijn vermoeden dat het meenemen van een 3D-printer op missie voor het printen van onderdelen veel geld kan besparen. De besparingen bij relatief grote missie zoals naar Mali kunnen zelfs in de tonnen lopen. Dit weegt dus ruimschoots op tegen de investeringen die je in een printer moet doen – ca.€ 25.000 – terwijl de kosten van het printmateriaal al in het model zijn meegenomen. Naast de voorraadkosten verlaagt de printer ook de downtime van defensie­materiaal, wat de uiteindelijke operationele kosten in totaal soms meer dan halveert.

Ook voor de industrie

De voordelen die bij defensie zijn te behalen, zijn uiteraard ook te vertalen naar de industrie. “Zeker voor industrietakken die op afgelegen locaties werken zoals offshore”, geeft Westerweel aan. “Ik heb dan ook in mijn onderzoek in bredere zin gekeken naar de mogelijkheden van 3D-printen in een willekeurige logistieke keten waar het gaat om reserveonderdelen. Zeker voor complexe technische systemen is deze logistiek niet eenvoudig en een 3D-printer is dan ook niet zaligmakend. Géén definitieve oplossing die leidt tot nul voorraden. Niet alleen omdat eenvoudig niet alles is te printen – denk bijvoorbeeld aan gecertificeerde of heel grote onderdelen – maar tevens omdat sommige systemen dermate kritisch zijn dat je helemaal niet kunt wachten tot een onderdeel is geprint. In die gevallen moet je ze letterlijk van de plank kunnen grissen om de kosten van stilstand zo veel mogelijk te beperken.”

Toekomst

Waar tot slot efficiëntieslagen zijn te maken, is in het beschikbaar stellen van de digitale ontwerpbestanden door de desbetreffende fabrikanten. Dit vraagt echter een cultuur­omslag. Deze bestanden uit handen geven betekent immers dat een bron van inkomsten – reserveonderdelen – wegvalt. Bij sommige toeleveranciers kan dat flink oplopen. Voor de databestanden zal dus betaald moeten worden, bijvoorbeeld in de vorm van licenties, maar de kans op illegale kopieën is relatief groot. Bovendien krijgt de printende partij te maken met de inzet van niet-officiële (en eventueel niet-gecertificeerde) onderdelen en zullen er vragen ontstaan over de productaansprakelijkheid wanneer de machine faalt. Problemen die eerst moeten worden opgelost voordat 3D-printen grootschalig is in te zetten.

Defensie 3D-printen