Sinds 2021 heeft tkMS een eigen centrum dat 3D-onderdelen print. Dit zogeheten TechCenter Additive Manufacturing in het Duitse Kiel print geen 3D-objecten voor de show, maar om gebruikt te worden aan boord van onderzeeboten; een omgeving waar onderdelen moeten voldoen aan strenge eisen. Een interview.
De U31, een Type 212A-onderzeeboot van de Duitse marine. (Foto: tkMS)
3D-printen is al jaren bij een breed publiek bekend, maar in het begin werd het in de praktijk vooral toegepast voor hobbydoeleinden (zoals kleine scheepsmodellen maken) of meer in de experimentele hoek, bijvoorbeeld voor prototypes.
Thyssenkrupp Marine Systems (tkMS) is, naar eigen zeggen, de eerste voor 3D-printen gecertificeerde scheepsbouwer ter wereld. Het bedrijf besloot een eigen TechCenter voor Additive Manufacturing te starten, omdat, zo zegt het bedrijf, 3D-printen veel strategische voordelen biedt voor productontwikkeling, toeleveringsketens en dus klanten.
Alhoewel dit 3D-print-centrum nog in de kinderschoenen staat, is er volgens tkMS veel bereikt. Zo zijn onderdelen ontwikkeld en geprint voor brandstofcellen (voor de Air Independent Propulsion, AIP), voor vloeistoftanks en voor een hydraulisch systeem. "Om er zeker van te zijn dat we voldoen aan de hoge eisen aan boord van onderzeeboten, hebben we uitgebreide functionele en schoktests uitgevoerd met die 3D-geprinte onderdelen", zegt Dr. Jannis Kranz, 3D-printing expert bij het TechCenter. "Op basis van de testresultaten, hebben we sommige onderdelen helemaal opnieuw ontworpen."
Uiteraard hebben ook marines interesse. "3D-printen wordt door veel marines als een strategische technologie beschouwd. We hebben bijvoorbeeld een klant geholpen die te maken had met een niet meer verkrijgbaar onderdeel voor een onderzeeboot", zegt programmamanager voor de Nederlandse onderzeebootaanbesteding bij tkMS Holger Isbrecht. "Dat verouderde onderdeel hebben we geprint en was op korte termijn beschikbaar voor de klant."
Er zijn al voor veel verschillende projecten onderdelen geprint, al gaat het volgens Isbrecht niet altijd om de productie van niet beschikbare onderdelen. Isbrecht: "tkMS werkt momenteel met klanten samen om de mogelijkheden van 3D-printen zo goed mogelijk in te zetten, zodat het kan bijdragen aan de operationele beschikbaarheid van marines. Daarbij kan het gaan om geoptimaliseerde functionaliteiten of nieuwe manieren van levering van printbare reserveonderdelen."
Meer flexibiliteit
Een onderzeeboot behoort tot de meest complexe systemen die gebouwd worden. Met meer dan 500.000 onderdelen in een kleine romp, zijn onderzeeboten wel zo'n tien keer complexer dan fregatten. Dat betekent ook dat er veel meer verschillende reserveonderdelen zijn. Na de bouw zijn die normaliter goed te verkrijgen, maar op een gegeven moment worden onderdelen niet meer gemaakt. In zo'n geval biedt 3D-printen uitkomst, omdat daarmee de beschikbaarheid van reserveonderdelen verbeterd kan worden.
Isbrecht: "Er zijn bijvoorbeeld nog veel landen die met de Type 209-onderzeeboten varen. Die boten werden ontworpen voor een levensduur van 20 tot 30 jaar, maar bij sommige marines varen ze nog steeds en zijn ze 40 tot 50 jaar oud. Je kan je voorstellen hoeveel onderdelen van die boten niet meer beschikbaar zijn."
Maar 3D-printen is niet alleen een oplossing voor oude schepen en onderzeeboten. "In bepaalde gevallen kan je met 3D-printen ook veel sneller aan onderdelen komen", zegt Kranz. "En natuurlijk kijken we ook naar de onderdelenlevering van de toekomst. Met onze lange ervaring in de scheepsbouw is er altijd al veel aandacht geweest voor innovatie. De focus op de 3D-technologie en hoe deze de toeleveringsketens van marines kan versterken hoort daarbij."
Naast een betere beschikbaarheid biedt de 3D-printtechnologie ook veel mogelijkheden voor nieuwe ontwerpen. Een belangrijk ander voordeel is namelijk dat deze technologie meer flexibiliteit biedt. "We richten ons binnen onze faciliteit onder andere op onderdelen die van tkMS zelf komen en die we dankzij 3D-printen met meer geometrische vrijheid opnieuw kunnen ontwerpen. Zo kunnen we onderdelen maken die eerder niet gemaakt konden worden", zegt Kranz.
"Een voorbeeld daarvan is hoe we 3D-printen toepassen bij de brandstofcellen. We maken unieke en fancy objecten die veel voordelen bieden op gebied van functionaliteit."
Het TechCenter van tkMS. (Foto: tkMS)
Printen bij de klant
Nu is het dus tkMS dat onderdelen print, maar kan een klant van tkMS dat ook? "Daar kijken wij naar en natuurlijk ook andere spelers binnen de industrie", zegt Kranz. "Maar er zijn nog wel wat complexe vraagstukken die daarvoor eerst opgelost moeten worden. Het verder ontwikkelen van deze technologie gaat niet vanzelf. Ook wij zullen onze kennis en ervaring stap voor stap en al doende en lerende moeten uitbreiden, zoals we dat ook de afgelopen jaren hebben gedaan. Zo schuiven we de stip op de horizon iedere keer weer een beetje op. Samen met klanten zoeken naar oplossingen voor dit soort complexe materie, maakt het natuurlijk ook heel leuk."
"Zeker als je een expeditionaire marine bent zoals de Nederlandse marine", vult Isbrecht aan. "Dan biedt 3D-printen aan boord extra voordelen op het gebied van operationele gereedheid.
Een klant zou dus ook op de eigen marinebasis 3D-prints van tkMS kunnen downloaden en printen? Isbrecht: "Zeker, maar het moet wel toegevoegde waarde hebben. Als het beter is om gewoon onderdelen op te sturen, dan moet je dat blijven doen. Maar er zijn situaties denkbaar waarbij het beter is om op locatie te printen."
(Foto: tkMS)
Stappen richting strategisch voordeel
Veel marines zijn bezig met 3D-printen. Ook aan boord van Nederlandse marineschepen staan 3D-printers, deze worden echter vooralsnog gebruikt om op zee niet-kritieke onderdelen zoals afdekkapjes te maken. De Amerikaanse marine heeft onlangs een grote 3D-printer besteld om onderdelen te printen voor onderzeeboten en de Australische onderzeedienst is eerder die weg ingeslagen om de Collinsklasse van niet meer verkrijgbare onderdelen te voorzien.
tkMS heeft hiervoor in 2021 het TechCenter opgericht. "Voor 2021 waren we ook al bezig met 3D-printen, omdat we continue R&D als een belangrijk onderdeel van de onderzeebootbouw beschouwen", zegt Kranz. "Het ging toen vooral om onderzoeksprojecten waarin gekeken werd naar het potentieel van die technologie. We hebben toen verschillende niet-kritische onderdelen ontwikkeld om ervaring op te doen en expertise op te bouwen."
Vanwege de veiligheidsvoorschriften was het destijds niet mogelijk om met de 3D-printer onderdelen voor onderzeeboten te produceren. Kranz: "In die begintijd waren we vooral gericht op de certificering van onze productiefaciliteit en op het printen van metalen producten. Hierbij waren veel interne en externe experts betrokken. Vandaag zijn we de eerste marinescheepsbouwer wereldwijd met een certificering van DNV. Bovendien blijft DNV onze productie regelmatig controleren en geeft zij gedeeltelijk goedkeuring voor het gebruik van een product aan boord van een schip. De nauwe samenwerking met klanten staat daarbij ook centraal."
"Sinds 2021 hebben we een productiefaciliteit op onze werf die gericht is op serieproductie en die flexibiliteit biedt", vervolgt Kranz. "We hebben verschillende technologieën in huis waarmee we dummy's, prototypes en onderdelen van polymeren maken en we hebben een DNV-gecertificeerde productielijn voor metalen toepassingen. Gedreven door de vraag van klanten verwachten we in oktober een nieuwe, grote metaalprinter. De technologie evolueert en we zien veel potentieel in de toekomst."
"Los van de hardware van het 3D-printen zijn we zo georganiseerd dat we met onze experts het hele ontwikkelproces in huis hebben: van eerste idee tot het eindproduct. Hierbij kunnen we ook gebruik maken van de kennis van andere experts binnen tkMS", zegt Kranz. "Een voorbeeld hiervan is dat we ook nabewerkingservaring, met name voor complexe processen als frezen, in eigen huis hebben. Dan werken we intensief samen met onze conventionele afdeling post-processing en dat geeft veel voldoening."
"De producten die we hebben gemaakt, bijvoorbeeld voor de brandstofcellen, zijn erg complex. Daarom moeten sommige digitale tools die we gebruiken en de manier waarop we ontwerpen worden aangepast. Je hebt ook iets andere rekenbenaderingen nodig bij deze materialen. En de ontwerpers moeten heel goed begrijpen hoe je kan ontwerpen voor 3D-printen zonder de hele fabricage en de deels nog conventionele processtappen naast het 3D-printen uit het oog te verliezen."
"Maar in het algemeen kan ik zeggen dat we veel onderdelen maken. En een deel daarvan gaan we binnenkort testen aan boord. Op sommige punten zijn we erg ver gevorderd. Bij andere onderdelen doen we nu de eerste tests omdat die onderdelen vrij complex zijn en de weg die we moeten afleggen tot zoiets aan boord gebruikt kan worden is nog lang."
(Foto: tkMS)
Samenwerking
Natuurlijk gebeurt er ook buiten de maritieme industrie heel veel op het vlak van 3D-printen. Isbrecht: "Er zijn veel nieuwe bedrijven in opkomst, ook in Nederland. We waren laatst in Eindhoven op een symposium en daar hebben we interessante gesprekken gevoerd met bedrijven en kennisinstellingen die actief zijn in de 3D-printtechnologie. Ik zie veel mogelijkheden, bijvoorbeeld een samenwerking op dit vlak met de Nederlandse Gouden Driehoek."
Toekomst
Ondanks alle voordelen zien Isbrecht en Kranz 3D-printen niet als de oplossing voor alle logistieke problemen. Kranz: "Het is een disruptieve technologie die veel voordelen biedt voor de prestaties, de bouw, het onderhoud en de operationele beschikbaarheid van onderzeeboten. Maar dat betekent niet dat alle andere mogelijkheden overbodig worden. Ik denk dat deze technologie gebruikt zal worden als middel naast de andere conventionele middelen.
"Een complete onderzeeboot 3D-printen is niet aan de orde", zegt Isbrecht. "Maar er is wel veel mogelijk om de logistieke keten en de operationele gereedheid te verbeteren. Het is aan de klant om samenwerking te zoeken en de kansen die deze technologie biedt te benutten. Wij zijn er klaar voor."
Dit is een gesponsord artikel. Bij een gesponsord artikel kiest een opdrachtgever het onderwerp van het artikel. tkMS heeft Marineschepen.nl betaald om dit artikel te schrijven over dit onderwerp, maar tkMS had geen invloed op de journalistieke inhoud.
