3D-printen: De toekomst van productontwerp is NU!

Transcriptie

1 3D-printen: De toekomst van productontwerp is NU!

2 Inhoudsopgave 01 Inleiding 03 Verbeterde efficiency van productontwerp 06 Hogere kwaliteit van productontwerp Lagere kosten van productontwerp De ontwerpers van de toekomst 12 Conclusie 14 Eindnoten 16 Contactgegevens

3 Inleiding Inleiding 67,7% van alle fabrikanten maakt al gebruik van 3D-printen. 3D-printen is één van die nieuwe technologieën die een grote invloed heeft op het productontwerp en productieproces waarvan de mogelijkheden niet te onderschatten zijn. Bedrijven die al veel eerder deze techniek omarmd hebben, ervaren nu de grote voordelen en zullen nog meer gebruik maken van deze toepassing in toekomstige productontwikkelingen. Om ontwerp- en productiestrategieën verder te ontwikkelen, worden al in veel sectoren 3D-printoplossingen ingezet. Volgens een schatting van PwC maakt 67,7% van alle fabrikanten al gebruik van 3D-printen. Daarvan experimenteert 28,9% om te bekijken hoe 3D-printen optimaal in hun productieprocessen kan worden geïntegreerd en gebruikt 24,6% 3D-printen voor prototyping. Opmerkelijk is dat 75% van de CEO's in de productiesector aangeeft dat ze veranderingen zullen doorvoeren om de capaciteit voor R&D en innovatie te vergroten. Vergeleken met traditionele productie- en prototypingmethoden biedt 3D-printen tal van voordelen bij maatwerk, lagere kosten voor complexe ontwerpen en lagere overheadkosten voor onderdelen en producten in kleine oplagen. De sector groeit jaarlijks met meer dan 20% en de algemene verwachting is dat die groei de komende jaren alleen maar zal toenemen. 1 Analyst Cristina Colón, Goldman Sachs De toekomst van productontwerp is NU! 1

4 Inleiding Sleutelbegrippen Hoe 3D-printen op vier manieren het productontwerp beïnvloed: Verbeterde efficiency De voordelen van 3D-printen ten opzichte van andere productietechnologieën betekenen grote veranderingen in de manier waarop objecten worden ontworpen, aangepast, geproduceerd en ondersteund. 2 Bedrijven kunnen sneller inspelen op een veranderende markt en de vraag vanuit de klant. Dit door sneller ontwerpfouten te herstellen, iteraties sneller door te voeren en in te spelen op ontwikkelingen bij de concurrentie. 3 3D-printen zorgt ook voor een nieuwe manier van ontwerpen en is niet alleen van invloed op productie- en productontwerpstrategieën. Het is toepasbaar in tal van vakgebieden en opleidingen en geeft ontwerpers nieuwe gereedschappen en materialen om het onmogelijke te creëren. Aan de hand van 4 manieren gaan we in dit document nader in op de processen en voordelen voor 3D-printen, nu en in de toekomst. Hogere kwaliteit Lagere kosten Invloed op de ontwerpers van de toekomst 2 De toekomst van productontwerp is NU!

5 Verbeterde efficiency van productontwerp Verbeterde efficiency van productontwerp 3D-printen heeft de afgelopen 30 jaar in belangrijke mate bijgedragen aan het succes van prototypes. En dat betreft niet alleen het versnellen van het Rapid Prototyping proces. 3D-printen kan van onschatbare waarde zijn in elke fase van productontwerp, met betere designs dankzij de ontwikkeling van nieuwe technieken en materialen waardoor producten sneller te fabriceren zijn. Bovendien wordt het testen van concepten gemakkelijker, wat kan bijdragen aan een betere commerciële instelling van ontwerpers. 4 Ondersteuning van het ontwerptraject 3D-printen kan het proces van productontwerp in elke fase verbeteren Idee Plan Design Ontwikkeling Test Productie Met 3D-printen kunnen prototypen in deze vroege fase van ideeënvorming worden geproduceerd, zodat de ontwerper al veel eerder in het creatieve proces met zijn tastbare 3D-ontwerp kan experimenteren. Met 3D-printen verloopt de ontwerp- en ontwikkelingsfase sneller omdat er minder tijd zit tussen de opeenvolgende ontwerpstappen. Dankzij fysieke en functionele 3D-modellen komen ontwerpfouten eerder aan het licht en kunnen vroegtijdige digitale aanpassingen aan het model veel geld besparen voordat deze het productieproces in gaan. 3D-printen is een zeer rendabele productiemethode voor alle mogelijke ontwerpen waarop onmiddellijk feedback kan worden gegeven. De toekomst van productontwerp is NU! 3

6 Verbeterde efficiency van productontwerp Een onmisbaar aspect van ieder productontwerp is het vaststellen van de opdracht. Als er geen verwachte doelen en kenmerken worden gedefinieerd, kunnen er eenvoudig onverwachte en ongewenste resultaten ontstaan. Deze zijn van grote invloed op de resterende fasen van het ontwikkel- en productieproces. Anders dan bij mondelinge, geschreven of getekende ontwerpopdrachten die eenvoudig tot misverstanden kunnen leiden, biedt een tastbaar 3D-model uitkomst. Deze laat aan iedere bijdrager aan het proces precies zien wat er kan worden verwacht van het eindresultaat. Daarmee worden niet alleen de specificaties visueel inzichtelijk gemaakt maar toont het ook de complexe relatie tussen functie, materiaal en productie. Hierbij zorgt 3D-printen voor de ultieme efficiency van het totale proces. Nauwkeurige en rendabele conceptmodellen kunnen nu met compleet nieuwe methoden in enkele uren worden ontwikkeld, in plaats van enkele weken. Bovendien kan de 3D-technologie zorgen voor een andere inrichting van bestaande processen voor productontwerp en -productie. Producten kunnen sneller en goedkoper worden ontworpen en er kunnen meer aanpassingen en controlestappen tijdens de ontwikkelingsfase worden opgenomen. Het vernieuwt hiermee het productieproces en draagt bij aan betere efficiency tijdens latere fasen. Met 3D-printen kunnen niet alleen zeer complexe onderdelen worden geprint in vergelijk met traditionele spuitgietprocessen, maar ook diverse samengestelde onderdelen die samen het eindproduct vormen. Gebruikers uit alle mogelijke sectoren van kunst en design, zoals productontwerpers, beeldend kunstenaars, ontwerpers van sieraden en textiele vormen, maar ook architecten en bouwkundigen, hebben veel aan 3D-technologie. Of het nu gaat om een snellere productiemethode, de mogelijkheid om nieuwe vormen te creëren of hulpmiddelen om ideeën nog verder te kunnen uitwerken, het is mij wel duidelijk dat de voordelen van de 3D-technologie bijzonder ver reiken. 6 Alastair Hamer - Hoofd Additive Manufacturing, Royal College of Art 4 De toekomst van productontwerp is NU!

7 Verbeterde efficiency van productontwerp Wanneer we kijken naar duurzame ontwerpen en productie, moeten we constateren dat 3D-printen een bijzonder positieve invloed heeft. De technologie is nog niet zo ver dat volledige productieprocessen kunnen worden vervangen, maar in zijn huidige vorm draagt het wel sterk bij aan het verkorten van de prototypefase en het verminderen van afval, waardoor de weg wordt gebaand voor een duurzamere bedrijfsvoering in tal van sectoren. 5 Chat Reynders, Chairman and CEO Reynders, McVeigh Capital Management Betere efficiency 3D-printen kan leiden tot betere ontwerpen en producten kunnen nu in uren in plaats van weken worden ontwikkeld. Met 3D-geprinte modellen worden specificaties visueel inzichtelijk gemaakt en toont het ook de complexe relatie tussen functie, materiaal en productie. Hierbij zorgt 3Dprinten voor de ultieme efficiency van het totale proces. Met 3D-printen kunnen producten eenvoudig en goedkoper worden ontworpen en zijn er meer ontwerp- en controlestappen tijdens de ontwikkeling mogelijk. De toekomst van productontwerp is NU! 5

8 Hogere kwaliteit van productontwerp De kwaliteit van het ontwerp verbeteren 3D-printen kan een bijdrage leveren aan de manier waarop ontwerpers en fabrikanten hun producten ontwikkelen. Ze kunnen ontwerpen op tal van manieren testen, verbeteren en zo prototypen van de hoogste kwaliteit afleveren. 7 Bovendien kunnen ontwerpers zich beter richten op de uiteindelijke prestaties van het product, waarbij de beperkingen van traditionele ontwerpmethoden voor montage of productie niet langer gelden. 8 3D-printen vergroot de kwaliteit van een productontwerp omdat bedrijven meer prototypen kunnen maken binnen een vastgesteld budget. Dat leidt vervolgens tot meer testen, met als resultaat een beter eindproduct. 9 Nieuwe 3D-technologieën verbeteren de samenwerking, wat niet alleen de efficiency maar ook de ontwerpkwaliteit ten goede komt. Fysieke voorwerpen zijn voor iedereen herkenbaar en tastbaar waardoor geografische en taalbarrières weggenomen worden. Dat biedt ruimte voor ontwerpverbeteringen, omdat prototypen als CAD-bestanden kunnen worden doorgestuurd die overal kunnen worden geprint. Zo kan iedere betrokkene efficiënter bijdragen aan concepten en ontwerpen. 3D-printen vormt een belangrijk onderdeel van onze dagelijkse werkzaamheden. Tegenwoordig kan onze afdeling bijna van de ene dag op de andere fysieke prototypen ontwikkelen en geometrische vormen maken die op geen enkele andere wijze gemaakt hadden kunnen worden. Dit werk stimulerend voor studenten die nu zonder beperking kunnen ontwerpen, waardoor hun creativiteit op een natuurlijke manier wordt gestimuleerd. De voordelen van kortere doorlooptijden en het maken van meerdere prototypen spreken voor zich: 3D-printen is een echte grensverleggende technologie waarmee we ons werk en onze services voortdurend kunnen verbeteren. Dr. Billy Wu, Dyson School of Design Engineering Imperial College London Opkomende technologieën (zoals 3D-printen) veranderen niet alleen wat er wordt gemaakt of hoe snel het wordt ontwikkeld, ze zorgen er ook voor dat de makers veranderen. De ambitieuze ondernemer die zijn doelgroep begrijpt, zoals de jonge moeder die een idee heeft om de producten voor haar baby te verbeteren, of de koffieliefhebber die een nieuwe manier van koffiezetten op het oog heeft, kan al die ideeën transformeren tot een fysiek product, van een krabbel op een servetje tot gebruik door een breed publiek. 10 Jonathan Follett, Principal at Involution Studios Met 3D-printen kan ook de validatie van ontwerpen worden verbeterd. Het kunnen testen van tastbare prototypes is van onschatbare waarde om te bepalen wat de markt en klanten ervan vinden. Dit stimuleert innovatief denken en de mogelijkheid om meer te testen, zodat het product alle latere fases zonder problemen doorloopt. Het volgende diagram van Deloitte laat de verschillen zien tussen het traditionele productontwerp en -ontwikkeling, rapid prototyping en Digitally Optimal Design (DOD). Het traject van DOD geeft aan hoe 3D-printen (beschreven als Additive Manufacturing [AM]) in de productiefase maar ook binnen het productontwerp en -ontwikkeling tot geheel nieuwe mogelijkheden in het totale proces leidt. Hierdoor kunnen we componenten maken die voorheen niet, of langs veel omwegen, met traditionele productie- en ontwerpmethoden werden gerealiseerd De toekomst van productontwerp is NU!

9 Hogere kwaliteit van productontwerp Productontwerp en -ontwikkeling Productie Eindproduct Niet-AM Traditioneel + Traditioneel = Traditioneel Rapid Prototyping (RP) Additive Manufacturing + Traditioneel = Traditioneel (sneller op de markt, goedkoper, maar nog steeds beperkt door traditionele productiemethoden) Digitally Optimal Design (DOD) Additive Manufacturing + Additive Manufacturing = Doorbraak (producten alleen mogelijk en praktisch omdat ze ontworpen en geproduceerd zijn met AM) Hoewel veel bedrijven zich misschien nog in de eerste fase van dit traject bevinden, kan 3Dprinten een stimulans bieden tijdens het innoveren, optimaliseren, produceren van productontwerpen in vergelijk met traditionele methoden. Dit leidt tot betere kwaliteit en prestaties. Beter ontwerpen Met 3D-printen kunnen ontwerpers zich volledig richten op de uiteindelijke prestaties van het product. Dit met minder ontwerpbeperkingen dan bij traditionele methoden wat het samenstellen of produceren van het product aangaat. 3D-printen verbetert de samenwerking, wat niet alleen de efficiency maar ook de ontwerpkwaliteit ten goede komt. Met 3D-printen kunnen tastbare en functionele prototypes worden gedeeld om te bepalen wat de markt en klanten ervan vinden. De toekomst van productontwerp is NU! 7

10 Lagere kosten van productontwerp Lagere kosten van productontwerp 3D-printers leveren schaalvergroting op voor de productiesector, verbetert distributie op lokaal niveau en biedt de mogelijkheid van on-demand productie. Dit beperkt het aanhouden van extra voorraad en daarmee kunnen vervoerskosten worden teruggedrongen. Met deze technologie kan maatwerk op grote schaal worden geleverd van uiteenlopende producten tegen lagere kosten en met hergebruik van materiaal. Het gewicht van producten kan omlaag en er is minder gereedschap nodig omdat dit deels door 3D-printers kan worden vervangen. 12 Julio Vial, Research Manager of IDC s Imaging, Printing and Document Solutions research Meer efficiency leidt vaak tot minder kosten. Het inzetten van 3D-printen resulteert in een aanzienlijke kostenbesparing door de productie van goedkope prototypen en het produceren van kleine series. Ook het intern houden van het ontwerpproces, waardoor het intellectueel eigendom beter wordt beschermd is een belangrijk voordeel. 8 De toekomst van productontwerp is NU!

11 Lagere kosten van productontwerp Lagere kosten 3D-printen kan voor aanzienlijke kostenbesparingen zorgen door insourcing, goedkope prototypen en minder orderwijzigingen. Doordat het testen van een productontwerp goedkoper wordt, is er ook eerder informatie beschikbaar over wat wel en wat niet werkt. Producten krijgen een langere levensduur, waarbij onderdelen in de toekomst steeds vaker worden vervangen door 3D-printen. Doordat het testen van ontwerpen goedkoper wordt, biedt dit sneller informatie over wat er wel en niet werkt in vergelijking met traditionele productiemethoden. Productiekosten kunnen verder worden verlaagd door het ontwerpproces beter in kaart te brengen, het model eenvoudiger te optimaliseren en te evalueren. Een van de belangrijkste kostenbesparingen is te vinden in de betere samenwerking tijdens het ontwerpproces, dankzij 3Dprinten. Producten kunnen effectiever worden ontworpen en ontwikkeld, zodat kostbare fouten verderop in het proces worden voorkomen. Naast de voordelen tijdens de ontwerpfase, gaan producten vaak ook langer mee, zodat onderdelen in de toekomst steeds vaker zullen worden vervangen via 3D-printen. Zo wordt voorkomen dat het gehele product bij elke misser moet worden weggegooid en vervangen. De toekomst van productontwerp is NU! 9

12 De ontwerpers van de toekomst Dankzij 3D-printen kon ik mijn afstudeerproject al binnen drie dagen afronden. Had ik traditionele methoden moeten gebruiken, dan had me dat drie weken gekost. Het is heel belangrijk dat de Universiteit in deze technologie heeft geïnvesteerd, omdat hiermee mijn kansen op de markt zeker zijn vergroot. Student, The University of Nottingham. 10 De toekomst van productontwerp is NU!

13 De ontwerpers van de toekomst De ontwerpers van de toekomst De toekomst van productontwerp is uiteraard in handen van de volgende generatie ontwerpers. Waar en in welke mate 3D-printen door het onderwijs wordt omarmd, is daarom een belangrijke factor voor een blijvend succes van de toepassing ervan in het productontwerpproces. Omdat de 3D-printtechnologie beperkingen wegneemt en nieuwe mogelijkheden biedt, ontwikkelen veel ontwerpers zowel binnen als buiten organisaties zich steeds meer tot ondernemers die het experimenteren niet schuwen 13. Daarom is het van belang om toepassing van deze technologie zo snel mogelijk aan te moedigen. Binnen het onderwijs sluit 3Dprinten perfect aan op vakgebieden als natuurwetenschap, technologie, techniek, bouwkunde, architectuur en wiskunde. Opleidingen in heel Europa hebben al 3D-printers geïnstalleerd om studenten te leren omgaan met CAD-software (Computer Aided Design) voor het maken van producten, zodat studenten op een proactieve en leuke manier praktische vaardigheden leren toepassen. 14 Het is echter niet alleen bedoeld om te zien hoe studenten 3D-printen kunnen toepassen, maar ook om hun creativiteit en flexibiliteit in het ontwerp- en productieproces te stimuleren. Waar in het verleden CAD los van andere ontwerpdisciplines werd onderwezen, wordt tegenwoordig in nagenoeg alle Europese programma's voor productontwerp CAD beschouwd als een integraal onderdeel van het curriculum. 15 De meeste hogere opleidingen beschikken nu over speciale CAD-faciliteiten om het gebruik van software te onderwijzen als een essentieel hulpmiddel in het ontwerpproces. Tegelijkertijd bieden opleidingen in de vorm van workshopfaciliteiten een hybride pakket voor conventionele productiemethoden en speciale ruimten voor digitale fabricagesystemen. 3D-printers zijn een aantrekkelijke optie voor het hoger onderwijs omdat studenten hiermee op een rendabele wijze prototypen leren maken. Ze kunnen virtuele modellen snel en goedkoop omzetten in fysieke onderdelen, zodat ze hun ontwerpen kunnen testen en optimaliseren. Dankzij dit cyclische, herhalende proces leren studenten op een visuele en intuïtieve manier diverse ontwerpmogelijkheden kennen, maar ook de beperkingen van digitaal produceren. Enkele belangrijke toekomstige aandachtspunten hebben te maken met het toepassen van software en vertrouwd raken met processen die samenhangen met de hardware voor 3D-printen. Het is mogelijk dat er in de toekomst de gespecialiseerde functie-omschrijving van 3D-Printer Engineer ontstaat, maar inventieve amateurs en hobbyisten zullen ongetwijfeld ook voor verrassingen blijven zorgen en dergelijke professionals onder druk zetten. Ontwerpers van de toekomst Diverse opleidingen in heel Europa hebben al 3D-printers geïnstalleerd om studenten te leren omgaan met CAD-software. Met 3D-technologie kunnen studenten op een proactieve en leuke manier praktische vaardigheden aanleren. Met 3D-printen kunnen studenten niet alleen hun visie op ontwerpen gestalte geven, maar wordt ook hun creativiteit uitgedaagd. De toekomst van productontwerp is NU! 11

14 Conclusie 1. Tijdsbesparing in de ontwikkelingscyclus en time-to-market door een korter ontwikkelproces Conclusie 2. Een eindproduct van hogere kwaliteit en met een beter ontwerp 3D-printen heeft de potentie om een revolutie tot stand te brengen in design en ontwerp dankzij de gigantische voordelen voor het productontwerpproces. Maar ook de bredere economische implicaties van 3D-printen zijn van belang: een door McKinsey uitgevoerd onderzoek laat zien dat 3D-printen in 2025 wereldwijd zo'n 550 miljard dollar zal bedragen. 16 Een innovatief productontwerp is afhankelijk van opkomende technologieën om minimaal te kunnen voldoen aan de vraag van gebruikers en klanten. De eerste gebruikers van 3D-printers hebben al laten zien dat het een technologie is met de volgende pluspunten: 3. Kostenbesparing in de ontwikkelingscyclus vanwege nieuwe ontwerpalternatieven met lagere investeringen in setup, tooling en wisseling van machines 4. Inspirerende werking op toekomstige ontwerpers 12 De toekomst van productontwerp is NU!

15 Conclusie 3D-printen is in laatste instantie een transformatieve technologie voor het bedrijfsleven, waarmee producten sneller kunnen worden ontwikkeld dankzij efficiëntere ontwerpstappen en een flexibelere productie. Bedrijven of gebruikers die de 3D-technologie als extra tool inzetten bij hun productontwerp, zullen daar bijzonder veel profijt van hebben. Overstappen van een productontwerpproces zonder 3D-printen naar DOD (Digitally Optimal Design) zou ontwerpers moeten helpen meer grip te krijgen op hun productie. Veel bedrijven onderzoeken momenteel hoe 3D-printen de komende jaren in hun ontwerpproces kan worden geïntegreerd, en ontdekken daarbij een geheel nieuwe wereld aan mogelijkheden. Als u wilt weten hoe 3D-printen ook uw ontwerpmogelijkheden en -processen radicaal kan veranderen, praat dan eens met Canon. Daar zal men graag met u willen brainstormen over hoe u het beste met deze technologie kunt beginnen. De toekomst van productontwerp is NU! 13

16 Meer informatie Meer informatie kunt u vinden op canon.nl/3d Eindnoten Alastair Hamer - Head of Additive Manufacturing, Royal College of Art 3D printing transforms organisations, Gartner, February 7, A product Design Renaissance The Future of Product Design, ebook (accessed April ) Worldwide Worldwide Semiannual 3D Printing Spending Guide (IDC) Moshe Shpitalni, Anath Fischer, Gila Molcho, Stefan Junk, Rebecca Matt (2015) CIRP 25th Design Conference Innovative Product CreationNew Approach to Introduction of 3D Digital Technologies in Design Education, Procedia CIRP, Vol. 36 pp Canon Nederland N.V. Brabantlaan TV s-hertogenbosch Tel: Fax: canon.nl/3d 14 De toekomst van productontwerp is NU!