Designer van dakpannen verkent mogelijkheden van 3D-printing

 

Het Zwitserse bedrijf Tegulas, dat zich bezighoudt met de ontwikkeling van dakpannen, maakt al vele jaren gebruik van 3D-designsoftware voor het ontwerpen van nieuwe modellen. Sinds 2019 verdiept het bedrijf zich ook in 3D-printtechnologie voor de productie van onderdelen voor de werktuigen, waarmee de dakpannen door de klanten worden geproduceerd. Daarvoor wordt een FDM-printer van het Nederlandse bedrijf FELIXprinters gebruikt.

3D-technologie speelt een belangrijke rol in het ontwerpproces van Tegulas Dachziegeldesign und Formenbau – zoals het bedrijf officieel heet. Op basis van de wensen van de klanten worden nieuwe modellen dakpannen in 3D-programma’s ontworpen en virtueel getest. Daarvoor wordt 3D-ontwerp- en simulatiesoftware Pro/Engineer van PTC gebruikt. De ontwerpen worden als digitale bestanden met de klant gedeeld en besproken, waarbij met behulp van de 3D-renderingtool Key-Shot ook een fotorealistische weergave van een compleet dakoppervlakte getoond kan worden. Na goedkeuring van het model worden tien tot twintig prototypes in kunsthars gegoten, om te controleren of het ontwerp aan de eisen voldoet.

Als het model van de dakpan goedgekeurd is, worden het productieproces en de machines in 3D ontworpen, waarbij met alle bewerkingen aan de dakpan in het proces rekening gehouden wordt. Voor de pers worden de mallen ontworpen en de handelingen van de machine worden in een simulatie getest. Tegulas is altijd aanwezig bij de oplevering en de inbedrijfstelling van de machine om het productieproces te testen. De specificaties en de kwaliteit van de eerste dakpannen die kant en klaar uit de bakovens komen worden uitgebreid gecontroleerd. Waar nodig worden het ontwerp, de mallen of de werktuigen aangepast.

 

Dakpannenontwerp

“Hoewel we gebruikmaken van de ervaringsgegevens en testinformatie uit het verleden is het ontwerpen van een nieuw model dakpan geen knip- en plakwerk”, legt Daniel Imhof, directeur van Tegulas uit. “Er zijn veel aspecten, waarmee bij het ontwerp van een dakpan rekening gehouden moet worden. De functionele eisen – bescherming van het gebouw tegen de uiteenlopende weersomstandigheden – wegen uiteraard het zwaarst. De dakpan – en vooral de aansluitingen – moeten zo ontworpen worden, dat ze enerzijds zo min mogelijk ruimte in beslag nemen en anderzijds geen water, sneeuw, vuil of wind doorlaten. Ook de wateropname en de vorst- en stormbestendigheid van het materiaal zijn belangrijke criteria.  En uiteraard bestaan er allerlei regels en normen waaraan we moeten voldoen.”

Dakpannen zijn in de afgelopen decennia enorm veranderd. Ze zijn dunner, vlakker en groter geworden, om materiaal te besparen; weerstand en kieren te verminderen en de dakdekker sneller te kunnen laten werken. Twintig jaar geleden gingen er 17 dakpannen in een vierkante meter; tegenwoordig nog maar tien. Daarnaast bestaan er verschillende soorten bevestigingssystemen voor dakpannen: er zijn hangsystemen, maar in sommige regio’s worden dakpannen worden vastgezet met spijkers of schroeven. Bovendien moet tegenwoordig ook rekening gehouden worden met de installatie van zonnepanelen op daken.

Het kosmetische aspect is eveneens een belangrijke factor bij het design van een dakpan. Eigenschappen als vorm, kleur en het gebruik van glazuur zijn uiteraard ook in functioneel opzicht van belang, maar ze hebben veel invloed op het aanzicht van het dakoppervlakte en de uitstraling van een gebouw.

 

Productie-eisen

Voor de gemiddelde woningeigenaar of dakdekker zijn de productietechnische eigenschappen van een dakpan  minder relevant, maar voor de fabrikant zijn ze cruciaal. Ze werken met leem, een natuurlijk product. Het wordt eerst gemengd en in de gewenste vorm geperst, waarna de dakpannen bij een temperatuur van zo’n 90 graden in een droogkamer drogen. Als het vochtgehalte is gedaald tot zo’n 2 à 3% gaan de dakpannen een oven in waar ze bij een temperatuur van 100 tot 150 graden worden gebakken. Daarna kunnen er bewerkingen als kleuren of glazuren plaatsvinden. Het productieproces is helemaal geautomatiseerd is. Het materiaal van de dakpan, de dikte en de afmetingen hebben invloed op de droog- en baktijd, maar het zijn vooral de details voor de bevestiging en de aansluiting die van grote invloed zijn op de productie van de mallen en het aantal bewerkingen in de pers. Omdat de dakpannen voor transport op pallets gestapeld worden, wordt bij het ontwerp ook gekeken naar de stapelbaarheid van dakpannen.

 

3D-technologie

“Hoewel we zelf geen dakpannen produceren, vonden we 3D-printing een interessante ontwikkeling  voor ons”, verduidelijkt Imhof. “We hebben toen onze eerste 3D-printer aangeschaft. Daarmee maakten we bijvoorbeeld kleinere schaalmodellen en testmodellen voor het verzamelen van informatie over de eigenschappen, het leggen en de weersbestendigheid. Ook hebben we wat ervaring kunnen opdoen met het graveren of drukken van logo’s en type-informatie in dakpannen. Langzamerhand kwamen we erachter dat we met een 3D-printer zelf ook onderdelen voor onze machines konden maken. We keken vooral naar het maken van modellen voor het aluminiumgieten van mallen voor dakpannen. Van de 3D-modellen die eerst van hout maakten, wordt een zandafdruk gemaakt, waar in het aluminium gegoten wordt. Omdat de mogelijkheden beperkt waren, zijn we op zoek gegaan naar een grotere 3D-printer. Zo kwamen we terecht bij FELIXprinters.”

“Het bedrijf is hier op bezoek geweest en heeft ons geholpen bij het printen van een gietmodel voor  een mal. Dat ging zo goed, dat we een 3D-printer en 11 kilometer filament kochten. Momenteel maken we zelf ook al bepaalde andere kunststofonderdelen voor onze apparatuur. Die componenten moeten bestand zijn tegen olie en bepaalde chemicaliën, maar we hebben ontdekt dat de 3D-geprinte componenten stabiel genoeg zijn.”

 

Printen met leem

Imhof is zeer te spreken over de samenwerking met FELIXprinters. “De prijs-prestatieverhouding van de printers is prima, maar de ondersteuning bij de ontwikkeling van de toepassingen en de productie van de eerste onderdelen was echt onmisbaar.”

Volgens Imhof is het seriematig 3D-printen van dakpannen nog niet haalbaar, omdat industriële toepassingen van 3D-printing extreem duur zijn. Er is bovendien nog weinig ervaring met het printen met leem of beton. Voor het printen van keramische tegels of kunststof afsluitmateriaal voor dakbedekking zie ik wel mogelijkheden.”