11 augustus 2022
Leestijd: 12 minuten

10 trends voor DFMA in de 21e eeuw

DFMA Materials

De afgelopen 14 jaargangen volgenden ruim 4.000 studenten het vak Manufacturing and Design aan de TU Delft, faculteit Industrieel Ontwerpen. Dit vak slaat de spreekwoordelijke brug tussen het academisch ontwerpen en de Nederlandse maakindustrie. Coördinator en moderator van het Mikrocentrum event Materials Erik Tempelman presenteerde tijdens het slotakkoord van het vak de tien trends die de komende jaren het aangezicht van DFMA (Design for Manufacture and Assembly) gaan bepalen. In dit artikel vertelt Erik u graag meer over deze 10 trends. Let wel even op: de trends zijn naar alle waarschijnlijkheid parallel actief en staan daarom omschreven in willekeurige volgorde. 

Trend 1 - Circulaire economie

Niemand kan het ontgaan zijn: onze lineaire “take-make-waste” economie maakt gestaag plaats voor een circulair alternatief. Hierin worden grondstoffen, componenten, producten en vooral waarde beter behouden. En recente uiting van deze trend is het recht op reparatie, dat middels een wettelijk kader zelfs de grootste bedrijven dwingt om repareerbaarheid van hun producten serieus te nemen. Ook het ontwerpen op levensduurverlenging, gemak van upgrading, en lichter gewicht vormen pijlers van deze nieuwe, circulaire economie. Zelfs design for recycling (dat al in jaren ’80 opkwam) krijgt een tweede kans – maar nadrukkelijk als laatste optie. Immers, materialen vormen doorgaans slechts een bescheiden deel van de waarde van het product. De échte kansen voor circulariteit zitten dan ook daar voor. Tip: circulair denken en werken vereist deugdelijk gebruik van PDM en PLM software (van product data management en product lifecyle management), dus investeert u daar zeker ook in.

Meer leren over Circulaire economie? Bekijk de online learning van TU Delft of lees het boek: Products that last.

Trend 2 - Van made in China naar made in Europe

Sinds de jaren ’90 is veel productie verplaatst naar China. Aanvankelijk werd dat gedaan vanwege de lagere lonen: arbeidsloon is immers voor productie van b.v. auto’s of elektronica een grote kostenpost. Deze trend kreeg de wind in de rug toen de Chinezen zelf steeds koopkrachtiger werden en het land in een gigantische markt transformeerde. In 2010 nam China de positie van koploper in de productie over van de VS, en heeft haar voorsprong sindsdien verder vergroot. Langzamerhand kwamen echter ook de keerzijden van deze ontwikkeling aan het licht. Productiepersoneel verdient goede arbeidsvoorwaarden, maar deze blijken in China slechts spaarzaam voorhanden (Niet alleen daar: denk o.a. terug aan de rampzalige brand in een kledingfabriek in Dhaka, Bangladesh in 2012.). Los van de ethische kwestie – ontwerpt u graag voor dwangarbeid? – geeft het offshoren van industriële activiteit ook teveel politieke macht uit handen. De trend is dan ook dat die productie deels weer terugkomt. Dit vraagt veel van automatisering c.q. smart industry, maar biedt beslist kansen. De Duitse Velosione e-bike, een echt “made in Europe” product, is hiervan een fraai staaltje. Overigens houdt trend #1 hier duidelijk verband mee. Europa is netto-importeur van grondstoffen uit datzelfde China, en die afhankelijkheid moet worden afgebouwd.


Bron afbeelding: Velosione

Meer leren over de ontwikkeling van producten in Europa? Lees up-to-date nieuws via deze website.

Trend 3 - Kaumera & Co.

Dat ons rioolwater door bacteriën wordt gezuiverd is alom bekend. Minder mensen weten echter dat deze bacteriën ook een bron kunnen vormen van natuurlijke polymeren, zoals Kaumera. Deze nieuwe grondstof is genoemd naar het woord van de Maori voor de kameleon, ten teken van de veelzijdigheid ervan: je kunt er echt allerlei kanten mee op. En, op basis van onze jaarlijkse “productie” via het riool is op termijn liefst 5 kg Kaumera per hoofd van de bevolking beschikbaar – dat is zo’n 10% van uw jaarlijkse consumptie van plastics.  Zo ver zijn we nog lang niet, maar de eerste proeffabrieken draaien al sinds 2019 (Zutphen) en 2020 (Epe). Van een “drop-in replacement” voor de gevestigde plastics als PE en PS is overigens geen sprake, zodat er werk aan de winkel is om tot successen te komen. Maar dat is precies waar ontwerpers goed in zijn!

En, het hoeft niet bij Kaumera te blijven. Microbiologen hebben nog veel meer bacteriële productieroutes achter de hand. Dit gaat de komende jaren het landschap van de productie en DFMA beslist kleur geven. Voor de academici onder ons… wordt het wellicht niet eens tijd voor een nieuwe master op het grensvlak van ontwerpen en biochemie?


Bron afbeelding: Kaumera

Meer weten over Kaumera? Bekijk hun website

Trend 4 - Mycelium

Eén van de positieve verrassingen van vorig jaar is de Delftse startup LOOP, opgericht door TU Delft alumnus Bob Hendrikx. Dit bedrijf ontwikkelt “levende doodskisten” van schimmeldraden, oftewel mycelium. Voorwaar geen alledaagse combinatie! Echter, zoiets zat er aan te komen, want het gigantische potentieel van mycelium was al in 2008 aangekondigd door mycologist Paul Stanets. Zijn TED presentatie uit datzelfde jaar is inmiddels ruim drie miljoen maal bekeken – klein bier voor de top-YouTubers, maar reusachtig veel voor een ogenschijnlijk weinig spannend en specialistisch onderwerp. Het vorig jaar verschenen en briljante boek Entangled Life door Merlin Sheldrake brengt schimmels nog weer verder onder de aandacht. Mycelium is met recht een wondermateriaal te noemen! Het is inherent duurzaam, veelzijdig, en geschikt voor verbluffend veel producten en markten. Dus beste ontwerpers, Bob Hendrikx ging u voor. Wie volgt?


Bron afbeelding: LOOP

Meer weten over deze innovatieve start-up? Bekijk de website van Bob Hendrikx.

Trend 5 - Conventioneel blijft innoveren

Het afgelopen decennium is 3D printen er dan weliswaar met de publieksprijs vandoor gegaan, maar de “traditionele” maakprocessen bleven zich onverstoorbaar verbeteren. Zo kreeg het integraal verspanen nieuw elan met de Macbook unibody (Apple, 2008), zorgt het warm omvormen van staalplaat voor lichtere crashconstructies in auto’s (Porsche 2009, VW 2012), en ontwikkelde ons eigen Promolding een combinatie van 3D printen en spuitgieten, bedoeld voor kleine series (PRIM, 2015). Of wat denkt u van de roll-to-roll geproduceerde flexibele elektronica van het Holst Centre, ook weer zo’n juweel aan de vaderlandse productiekroon? En, met zijn megacastings tilde Elon Musk zelfs het aloude metaalgieten naar een hoger niveau (Tesla, 2020). Laten we daarnaast ook de thermoplastische composieten, die mede dankzij Nederlandse techniek letterlijk een hoge vlucht nemen, niet vergeten! Zelfs aan recycling is hier al gedacht en gewerkt – ook in veeleisende toepassingen.  Deze trend van voortdurende verbetering zal zich met dezelfde onverstoorbaarheid doorzetten. Slimme ontwerpers kunnen hier beslist gebruik van maken en kijken verder dan het 3D printen alleen.


Bron afbeelding: Holst Centre


Trend 6 - Simulaties

Bent u – net als uw correspondent – de 50 gepasseerd? En werkt u al een tijdje niet meer zelf met simulatiesoftware, zoals programma’s voor FEA, spuitgietsimulaties, topologisch optimaliseren en dergelijke? Dan is er nieuws voor u: werkelijk, u kunt zich nauwelijks voorstellen hoe onvoorstelbaar deze software vooral de laatste tien jaar is verbeterd. Dat is deels te danken aan betere hardware (lees: snellere computers met meer RAM) maar ook aan doorbraken op het gebied van de software, plus betere data over materialen en productieprocessen. Het gevolg? Moderne simulaties zijn kinderlijk eenvoudig te gebruiken, krachtig en betrouwbaar, en zo snel dat het eigenlijke ontwerpen amper hoeft te wachten op de uitslag. Ontwerp en simulatie vloeien dan dus in elkaar over. Wie van deze ontwikkeling de vruchten niet plukt, mist huizenhoge kansen – mede omdat de software ook nog eens kan aansluiten bij drieletterwoorden als PDM, PLM en ERP (enterprise resource planning). Kan het nog mooier? Jazeker: pakketten als Autodesk, Solidworks, Fusion 360 en Inspire worden nog voortdurend verbeterd. Juist voor DFMA biedt dit steeds meer kansen, want wie ook de maakbaarheid snel en effectief simuleert, wint tijd, geld en kwaliteit.


Bron afbeelding: Altair

Meer weten? Bekijk een van de vele studentenprojecten via Youtube.

Trend 7 - 3D printen wordt écht slim

In 1995 werd het selective laser melting (SLM) van metalen toegevoegd aan het bereik van 3D print-toepassingen. En een kwart eeuw later, vorig jaar dus, begonnen we het echt te snappen. Wat bedoelen we daarmee? Wel, in een printer ervaart het ingaande materiaal herhaaldelijk de inbreng van warmte: het proces werkt immers laag voor laag. Normaal gesproken is dat metaalkundig gezien lastig. Maar vorig jaar wist het Max-Planck-Gesellschaft dit nadeel in een voordeel om te zetten, met als resultaat prachtige onderdelen van Damascus-staal. Zo kunnen we extreme hardheid combineren met dito taaiheid, met daar nog de vormvrijheid van het printen bovenop. Deze doorbraak staat ook niet op zichzelf, maar is toonaangevend voor de steeds verdere ontwikkeling van het 3D printen. En, de rek is er nog lang niet uit! Wist u bijvoorbeeld dat materiaalsamenstellingen tegenwoordig snel en effectief kunnen worden geconfigureerd voor optimale printbaarheid? Dit is waar kunstmatige intelligentie en materiaalkunde elkaar vinden – nog weer een trend om te volgen. Werkelijk, aan de high end kant van de markt worden de grenzen zo nog een flink stuk verlegd.


Bron afbeelding: Max-Planck-Gesselschaft

Meer weten? Bekijk deze website van MPG of van Citrine.

Trend 8 - Smart industry – een nieuwe drie-eenheid

U zag hem al aankomen: één van de trends is natuurlijk de komst van de smart industry, ook bekend als Industrie 4.0. Dit jaar viert deze laatste term alweer zijn tiende verjaardag. Na een aarzelende start komt er nu duidelijk vaart in deze trein, en dat is vooral omdat met begint te begrijpen dat het om meer dan data gaat. Logistiek bijvoorbeeld is minstens zo belangrijk: wie b.v. een systeem voor “distributed manufacturing” wil opzetten, moet immers terdege rekening houden met het fysiek koppelen van de diverse operaties, d.w.z. met het slim organiseren daarvan in ruimte en tijd. Met alleen een zwerm drones alleen kom je er echt niet! Ook het fysiek koppelen van losse onderdelen – het aloude assembleren dus, inclusief vorm- en plaats toleranties – is een niet te onderschatten succesfactor, zeker als u assemblagepersoneel weg denkt te kunnen automatiseren. Zo zien we een nieuwe drie-eenheid ontstaan, met naast data ook logistiek en assemblage. Wilt u gewoon een mooi plaatje, voor een subsidieaanvraag, jaarverslag, of PR-uiting, houdt u het dan bij de data, maar wilt u echt succes, neemt u dan ook de andere twee aspecten netjes mee.

Trend 9 - Rekenen blijft tellen

De grote kracht van een klein sommetje wordt maar al te vaak vergeten. Neem nu, als opzettelijk – en letterlijk – vergezocht voorbeeld de asteroïde 16 Psyche. Kort na haar ontdekking door de NASA figureerde dit gesteente gelijk in een vurige discussie op Internet. De asteroïde bestaat namelijk grotendeels uit ijzer en nikkel, en de vraag was wat er met de aardse staalprijzen gaat gebeuren als we aan asteroid mining gaan doen. Welnu, een simpele bierviltje-berekening leert ons dat alleen al het omsmelten van 16 Psyche evenveel energie vraagt als we in 10.000 jaar op aarde gebruiken, bij ons huidig jaarlijks energiegebruik (!!). Dat zet de economische discussie gelijk in een ander daglicht, nietwaar? Dichter bij huis, en dichter bij realistische voorstellen, blijft de trend dat “rekenen blijft tellen”. Ontwerpers, leg uw bierviltjes dus maar vast klaar!


Bron afbeelding: NASA

Trend 10 - Design-driven materials innovation

Wie de wereld van materiaalinnovatie nader bestudeert, verbaast zich onvermijdelijk over de trage gang van zaken aldaar. Nieuwe materialen hebben er doorgaans zo’n 15 jaar voor nodig om uit het R&D laboratorium te komen en hun weg naar echte innovaties te vinden. Flink langer kan ook; bovendien zijn er tal van materialen die er, ondanks torenhoge beloftes, gewoon helemaal niet komen. Een voorbeeld: metallische glazen waren ooit hét materiaal van de toekomst, maar flopten haast volledig (met alle respect voor de betrokkenen, maar het moet gezegd…). En fascinerend genoeg komen nieuwe materialen er vaak doorheen op grond van onverwachte eigenschappen – anders gezegd, de innovatie is dan te danken aan één of ander onderbelicht kenmerk. Kan het anders, kan het slimmer en beter? Jazeker: in het EU-project Light.Touch.Matters werden productontwerpers gekoppeld aan materiaalkundigen om sneller en beter tot nieuwe materiaalinnovaties te komen. Zo ontstond in 2016 de methode voor design-driven materials innovation. Intussen zien we deze werkwijze steeds vaker. Opvallend is hierbij hoe de ontwerpers aspecten zoals robuustheid, verbindingstechniek, massaproductie, en waarde voor de eindgebruiker weten te vertalen naar bruikbare input voor de materiaalkundigen. BMW past deze methode intussen toe voor de ontwikkeling van slimme materialen voor “haptic feedback”. Ook voor b.v. de nieuwe microbiologische materialen en voor de mycelium-toepassingen is dit beslist de juiste aanpak.

Materials event

Op 19 oktober 2022 delen 5 experts onder leiding van Erik Tempelman hun visie op deze 10 trends en de toepassingen voor de ontwerpende praktijk. Bekijk hier het programma en de sprekers of meld u direct aan. Liever eerst meer informatie over Materials? Bekijk onze eventpagina.

Over de schrijver
Erik Tempelman

Erik Tempelman

, TU Delft Industrieel Ontwerpen

 

 

Gerelateerde cursussen

Methodisch ontwerpen

(1 review)
3 november 2022 5 bijeenkomsten

Gerelateerde evenementen

Materials 2022

19 oktober 2022
Mikrocentrum, Veldhoven