Opdrachtgever: Coors Interieurbouw - Onderzoek mogelijkheden van FDM 3D printen met zaagsel ten

De opdracht is door Coors opgegeven aan de Universiteit Twente en Martijn Bergsma voert namens de Universiteit het onderzoek uit. Coors ontwerpt, bouwt en verzorgt de procesbegeleiding van realisatie van winkel- en kantoorinrichtingen. De taken zijn verdeelt over drie groepen: kantoor, productie en project ontwerp & management. Innovatieve en milieubewuste productontwikkeling staat hoog in het vaandel.

De toekomst staat onder druk, interieurbouwmarkt is klein en de concurrentie is groot. Houtplaat is daarom het meest gebruikte materiaal. Gekromde vlakken zijn door de vele arbeid en hoge kosten niet toepasbaar. Op de locatie in Ridderkerk verwerkt Coors multiplex, spaanplaat en mdf. Het zaagafval dat wordt afgezogen wordt opgeslagen in een zeecontainer, met een waarde van €100,- per drie weken.

De wereld van interieurbouw is aan het veranderen, maar wat de nabije toekomst brengt is onbekend.

Actoranalyse

Belanghebbenden met belangen (B) en expertises (E). Opdrachtgever: Coors

B: Mogelijkheid tot een toekomstig marktwaardig product en daarmee concurrentievoordeel behalen. E: Interieurbouw, klantbegeleiding, projectmanagement, installatie, ontwerp, marktkennis.

Ontwerper: Martijn Bergsma

B: Afstuderen, kennis opdoen, portfoliowaardig project opleveren. E: Ontwerpen van producten, processen.

Klanten van Coors

B: Een product dat degelijk is, milieuvriendelijk, goedkoop. E: Kopen van interieur, afschrijftermijn van interieurdelen. Werknemers bij (bovenstaande) klanten

B: Prettige werkomgeving, mooi, degelijk, gebruiksvriendelijk interieur. E: Gebruikservaring, verwachtingen en behoeften bij interieurdelen. Concurrenten van Coors

B: Marktaandeel houden/vergroten, omzet/winst behalen. E: Interieurbouw, marktkennis.

Ontwerpers bij Coors

B: Geen restricties in het ontwerp, afmetingen niet beperkt door machine, hoge resolutie printen voor details, verscheidene afwerkingsmogelijkheden.

Engineers (technische ontwikkeling) bij Coors

B: Materiaaleigenschappen, stijfheid en sterkte optimale krachtenverdeling, hoge resolutie voor toleranties, geschikt voor nabewerkingen zoals boren.

E: Installatie van interieur, machinekennis, werkplaatskennis, constructie. Installateurs bij Coors

B: Machine die snel op en af te bouwen is, snel gebruiksklaar, klein te vervoeren, geprinte vorm gemakkelijk uit de machine te halen. E: Werkplaats en machinekennis, installatie van interieur, constructie.

Projectmanagers bij Coors

B: Machine die snel en gemakkelijk in te zetten is, zo weinig mogelijk overheadkosten, verkoopbaar proces/machine, zo weinig mogelijk overlast creëren bij klanten.

E: Management van proces, werknemers, begeleiding van klanten.

Coors zoekt een nieuwe productiemogelijkheid die innovatief is en een toevoeging kan zijn op de huidige interieurbouw. Coors kan daarmee een concurrentievoordeel behalen en een vernieuwingsrichting in de interieurbouw initiëren. Het zaagafval dat verwerkt wordt in de producten kan een hogere waarde krijgen en zou milieuvriendelijk toegepast kunnen worden (als nieuw product). Door het 3D printproces zullen gekromde oppervlakken en andere vrije vormen mogelijk zijn, die meer vrijheid geven in de ontwerpen. Echter, zal de grootte van de machine en de nauwkeurigheid van invloed zijn op de ontwerpenmogelijkheden. De nieuwe eigenschappen van de 3D geprinte interieurelementen moeten weer gecontroleerd worden door de ingenieurs, welke toleranties zijn mogelijk, wat zijn de eisen voor dunwandige producten en welke nabewerkingen zijn mogelijk. De installateurs zullen de machine op locatie gebruiken. Voor hen zijn het transport, op- en afbouwtijd en afmetingen van de machine van belang.

Projectmanagers zullen rekening moeten houden met het printen op locatie, de kosten daarvan en de overlast bij de klanten.

Projectkader

De opdrachtgever meent mogelijkheden te zien in het toepassen van FDM als productieproces om een afvalmateriaal, zaagafval, te hergebruiken in nieuwe producten. Daarmee ontstaan nieuwe mogelijkheden in het productontwerp en wordt een slag geslagen in milieuvriendelijkheid van het bedrijf.

Door middel van een literatuuronderzoek en experimentele testen zullen er conclusies en aanbevelingen gedaan worden over de toepassing van een FDM proces met zaagafval. Deze resultaten zullen in een verslag worden beschreven.

Doelstelling

Het doel van dit project is het verkennen van wat er mogelijk is ten behoeve van 3D printen met behulp van zaagafval.

Allereerst wordt de juiste lijm voor het mengsel bepaald. Vervolgens worden machineonderdelen getest om de beste transport en opslagmogelijkheden voor het mengsel te bepalen. Na de depositie moet het mengsel op de plek uitharden tot een stevige constructie en is bewerkbaarheid een belangrijke factor. Daarna wordt uitgezocht voor welke proces parameters het een economisch acceptabel proces is. Als laatste zal dat vertaald worden naar een in praktijk bruikbare machine.

Kortom zijn dat vijf doelstellingen:

1. Waar bestaat de slurry uit dat gedeponeerd wordt?

2. Hoe wordt de slurry opgeslagen, getransporteerd en gedeponeerd? (Interne onderdelen) 3. Hoe blijft de slurry op zijn plek en wat zijn de eigenschappen na uitharding?

4. Welke proces parameters resulteren in een economisch acceptabel proces? 5. Wat behoeft de machine voor dit proces in de praktijk?

Vraagstelling

Wat omvat een FDM machine die kan printen met een mengsel van lijm en zaagsel? Kan dat in praktijk werken, is het schaalbaar en wat zijn de productieresultaten?

1. Onderzoeksopzet

i. Coors, marktverandering, op zoek naar nieuwe mogelijkheden b. Opdrachtomschrijving

i. 3d printen, zaagafval, proces/machine uitwerking

c. Wat en waarom moet het onderzocht worden?

i. Wat is het doel van de opdracht?

ii. Wat zijn de vijf deelvragen? Waarom heb ik deze vragen gekozen? Welke aanpak wordt er gevolgd? d. Hoe wordt het onderzocht?

i. Onderzoeksaanpak, informatie zoeken, testen 2. Startinformatie

a. Wat zijn de eisen voor de machine? Stel het Programma van Eisen op. i. Welke eisen heeft Coors aan het te ontwikkelen proces? ii. Welke eisen/wensen zijn verder van toepassing? b. Wat is het proces waar vanuit wordt gegaan?

--> FDM proces met twee boorschroeven, vast reservoir en bewegende printkop. c. Wat is het FDM proces en hoe werkt het?

3. Proces/machineonderdelen

a. Wat zijn de resultaten van eerdere testen met lijm/zaagsel mengsels? b. Wat is de huidige staat van FDM 3D printen met houtvulling? c. Wat is de huidige staat van FDM 3D printen met laagdiktes > 5mm? d. Lijm

i. Welke lijmsoort resulteert in een slurry met de beste eigenschappen voor punten c-e? 1. Verzamel informatie over de lijmsoorten

2. Test de lijmen 3. Conclusies

a. Parameters:

i. Biologisch afbreekbare lijmen ii. Schadelijke lijmen

iii. c2c lijmen

iv. Lijmen voor grote laagdiktes v. Lijmen die goed hechten met hout

vi. Invloed van eigenschappen van hout, uitzetting, drogen, e.d. vii. Sterke lijmen na uitharden

viii. Snelheid van uitharden ix. Benodigdheden voor uitharden

ii. Welke verhouding van lijm en zaagsel resulteert in een slurry met de beste eigenschappen op punten c-e?

1. Moet het zaagafval gefilterd/gesorteerd worden? 2. Moet het zaagafval worden vermalen?

3. Wat is de meest geschikte verhouding en consistentie? e. Opslag, transport en depositie

i. Kan de slurry worden verplaatst met een extrusieproces?

1. Hoe groot is de kracht die op de wanden komt te staan bij de drukopbouw en transport van de slurry en wat is daarop van invloed?

2. Wat is de relatie tussen de druk, consistentie/verhouding en vloeibaarheid van de slurry door de leidingen?

3. Test de vloeibaarheid en het gemak van het verplaatsen van de slurry met een boorschroef door een buis.

ii. Is de machine na te vullen en schoon te maken? (Uitharding in de machine) 1. Kan het lijmmengsel in het reservoir bewaard worden?

2. Is het nodig om de machine na gebruik schoon te maken, hoe en welke delen?

3. Hoe lang mag de machine stilstaan zonder schoongemaakt te worden, tijdens het printen? iii. Wat heeft invloed op een juiste depositie van de slurry?

1. Welke functies heeft de printkop nodig? a. Verwarming/koeling

a. Test depositie van de slurry met verschillende groottes spuitmond. 3. Welke snelheid van extruderen en printkopbeweging is geschikt?

f. Uitharding en constructie van de het product i. Blijft de slurry op zijn plek na depositie?

ii. Hoe snel kan een volgende laag op de vorige worden gedeponeerd?

iii. Wat zijn de eigenschappen van het geprinte materiaal? (Materiaaleigenschappen) (Testen) 1. Stijfheid en sterkte

2. Oppervlakteverbetering

3. Bewerkbaarheid (boren, schuren)

iv. Wat zijn de belemmeringen voor te printen vormen? 4. Opschalen en praktijkinzet

a. Welke procesparameters resulteren in een economisch acceptabel proces? i. Afmetingen machine/machineonderdelen

ii. Snelheden, depositievolumes iii. Nauwkeurigheden

5. Concept ontwerp

a. Wat behoeft de machine die dit proces in praktijk zou kunnen uitvoeren?