High tech systems & materials

High Tech Systems & Materials
WAT ZIJN HET? HOE WORDEN ZE GEMAAKT?
WAT ZIJN BELANGRIJKE TRENDS?
Joost Krebbekx | Hans van Toor | November 2015

3
Inhoud
1. Voorwoord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2. Wat zijn High Tech Systems? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 Definitie van High Tech Systems & Materials . . 7
2.2 Wat zijn nieuwe High Tech Systems &
Materials? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3. Belangrijke trends bij het gebruik van
High Tech Systems & Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1 Van mensarme naar onbemande systemen . . . . 15
3.2 Sensoring & Big data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3 Nieuwe producten en vormen door
3D & AMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.4 De opmars van Photonica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.5 Duurzaamheid in gebruiksfase en
in de end-of-life fase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.6 Bottom of the pyramid producten . . . . . . . . . . . . . . 31
3.7 High Tech Systems worden steeds
bouwblokachtiger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4. Belangrijke trends bij het produceren van
High Tech Systems & Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.1 Fabricagetechnologieën met precisie:
de “klassieke” high tech . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.2 3D Opbrengtechnologie neemt een vlucht . . . . 40
4.3 Robotisering en big data (Industry 4.0) . . . . . . . . 42
4.4 Clean room productie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5. Intereresse in meer informatie? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Bijlage Innovatie Cluster Drachten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5
1. Voorwoord
Om iedereen hetzelfde startpunt te geven in een dis-
cussie over het belang van High Tech industrie, met
name voor de regionale en landelijke economische
bedrijvigheid, biedt het Innovatie Cluster Drachten
u een informatief boekje aan. In dit boekje over
“High Tech Systems & Materials” (HTSM) staan
verschillende voorbeelden weergegeven over de wijze
waarop High Tech Systems worden toegepast en hoe
deze worden gemaakt en de belangrijke trends bij de
bedrijven die dagelijks hun brood verdienen met deze
producten.
Het Innovatie Cluster Drachten (ICD) is de Noor-
delijke invulling van een ecosysteem rondom HTSM.
Met dit boekje krijgt u een mooi kijkje in de keuken
bij onze ICD bedrijven. Wellicht raakt u zo geïnspi-
reerd dat we u mogen ontmoeten op één van onze
open dagen. U bent dan van harte welkom.
Dit boekje is zeker niet uitputtend, want we werken
voortdurend aan nieuwe innovaties. Het geeft wel
een mooi overzicht van waar we nu staan.
Met plezier bieden wij u dit boekje dan ook aan en
wensen u veel leesplezier en innovatieve inspiratie.
Joost Krebbekx
Programma manager Innovatie Cluster Drachten/
Senior Managing Consultant Berenschot
Kor Visscher
Voorzitter vereniging Innovatie Cluster Drachten

7
2. Wat zijn High Tech Systems?
2.1 DEFINITIE VAN HIGH TECH SYSTEMS & MATERIALS
Veel Nederlandse maakbedrijven maken deel uit van
de hoogtechnologische maakindustrie: de topsector
High Tech Systems & Materials (hierna ook wel
HTSM genoemd).
Onder High Tech Systems & Materials verstaan we
in algemene zin bedrijfsactiviteiten gericht op de
ontwikkeling, productie en onderhoud van:
Apparaten Systemen met een specifieke functie ( vaak aangedreven door 220V), bv een scheerapparaat
Instrumenten Systemen met een meet functie bv een electronenmicroscoop
Machines Systemen met een fabricage functie (vaak aangedreven door 380 V) bv een freesmachine
Mechanisaties Systemen met een combinatie van fabricage- en meet functies.
Vaak geprogrammeerd voor 1 taak en fysiek verbonden
Robots Programmeerbaar systeem dat verschillende taken uit kan voeren. bv Lasrobot
Automotive Systemen die vervoer over de grond als hoofdfunctie hebben:
personenauto’s, vrachtauto’s, bussen
(Aero)space Systemen die vervoer door de lucht als hoofdfunctie hebben:
passagiersvliegtuigen, fighters, transportvliegtuigen
Schepen Systemen die vervoer via water als hoofdfunctie hebben:
transportschepen, jachten,werkschepen

8 HIGH TECH SYSTEMS & MATERIALS
Het gaat hierbij niet alleen om het hele systeem
maar ook alle subsystemen, componenten en
materialen die onderdeel uit maken van het totaal.
Karakteristieke eigenschappen van complexe,
hightech systems zijn:
OO intelligent (embedded systemen,
software, sensoren)
OO nauwkeurig (nano-elektronica, high
precision manufacturing) en
OO efficiënt (mechatronica, energie)
Op het voorblad van dit boekje vindt u allerlei voor-
beelden van high tech systems & materials. Om deze
systemen te maken zijn ook allerlei hoogwaardige
materialen nodig. Iedereen kent natuurlijk staal en
kunststoffen maar er zijn ook vele nieuwe mate-
rialen die gebruikt worden in deze systemen zoals
spuitgietbare keramiek, exotische metaallegeringen
met allerlei bijzondere functies, vezel versterkte com-
posieten en functionele coatings.
Wat rekenen we niet onder de definitie?
Uiteraard is techniek overal aanwezig maar worden
de volgende gebieden niet onder high tech systems &
materials gerekend: weg- en waterbouw, utiliteits-/
woningbouw, gebouwinstallaties en installaties voor
proces(achtige) industrie.
Verder worden onderdeeltoeleveranciers die in het
niet-nauwkeurige bereik (> 0,01 mm) werken ook
niet onder deze sector gerekend. Overigens zijn deze
bedrijven over het algemeen in Nederland nauwelijks
meer aanwezig. De term High Tech is ontstaan in de
tijd dat er veel maakbedrijvigheid naar Oost Europa
en het Verre Oosten verdween (eind 90-jaren en
begin deze eeuw). Deze term was vooral bedoeld om
te laten zien dat een deel van de maakindustrie echt
niet onder deze trend viel en gewoon een robuuste
toekomst had in deze regio en in Nederland.

9
2.2 WAT ZIJN NIEUWE HIGH TECH SYSTEMS & MATERIALS?
Typische nieuwe HTSM-voorbeelden zijn hieronder
weergegeven en laten de nieuwste trends eigenlijk
meteen al doorschemeren die we in het volgende
hoofdstuk gaan behandelen.
Nieuwe medische
instrumenten
New informatie &
communicatie generaties
Nieuwe robotsystemen Nieuwe simulatoren Nieuwe onbemande
systemen
Nieuwe additive
Manufacturing systemen
Nieuwe auto’s Nieuwe bottom-of-the
piramid producten

Het onderstreept nog eens de diversiteit van de soor-
ten eindproducten die onder de categorie HTSM val-
len maar vooral ook de duizelingwekkende snelheid
waarmee allerlei nieuwe systemen ontstaan en waar
je als bedrijf rekening mee dient te houden
Nieuwe HTSM-proposities komen voort uit behoef-
ten van klanten en dus uit belangrijke lange termijn
trends die de vraag naar allerlei verschillende syste-
men mede vormgeven. Daarnaast zijn er nog techno-
logisch trends, die komen in de hoofdstukken 2 en 3.

11
Lange termijn maatschappelijke ontwikkelingen in het politieke, sociale, ecologische en economische domein
ONTWIKKELING BESCHRIJVING KANSEN/BEDREIGINGEN
Bevolkingsgroei Groei van de wereldbevolking zal
komende decennia verder toenemen.
Schatting VN: meer dan 8 miljard mensen
in 2050
• Wereldwijde economische groei,
meer systemen
• Schaarste van grondstoffen,
energie, voedsel,
Globalisering
en opkomende
economieën
Opkomen van BRIC-landen
(Brazilië, Rusland, India, China)
• Groei van afzetmarkten wereldwijde
economie, meer systemen
• Meer globale mobiliteit en
communicatie, vertaalt in systemen
Duurzaamheid Toenemende aandacht voor goede
verhouding van people, planet, profit
• Kansen voor duurzame producten,
businessmodellen en energiezuinig
• Beperkende wetgeving en
geen level playing field
Klimaatverandering Grote veranderingen in klimaat met
uiteenlopende gevolgen per gebied
• Producten en diensten ter bescherming
tegen zeespiegelstijging
Lokalisering Toename van lokale productie door
veiligheidsissues, protectionisme en
voordelen, zoals meer kennisuitwisseling
en reductie van transportkosten
• Locale clusters met hun eigen
klantwensen
• Rem op wereldwijde economische groei

Lange termijn maatschappelijke ontwikkelingen in het politieke, sociale, ecologische en economische domein
ONTWIKKELING BESCHRIJVING KANSEN/BEDREIGINGEN
Veiligheid/in control Meer aandacht voor veiligheid door
groeiend onveiligheidsgevoel
Toenemende neiging om risico’s te mijden
c.q. te voorkomen
• Groei van veiligheidsproducten
• Toename van angst voor anderen
• Veel complexe sensor-/
actuatornetwerksystemen met
hoge mate van regelkringen
Verstedelijking Meer dan de helft van de wereldbevolking
woont tegenwoordig in een stad
• Smart cities
• Producten die deze problemen oplossen
Vergrijzing Toename van het aantal ouderen in de
westerse wereld en relatieve afname van
het aantal werkende mensen
• Groei in sectoren gericht op
ouderen, zoals health, zorg
• Afname van de welvaart door relatief
minder aantal werkzame personen
Gezondheid Toename van gezondheidsproblemen,
zoals overgewicht, chronische ziekten en
patiënten met meerdere aandoeningen
Belang van gezondheid toegenomen
• Medische en zorgsector zullen
sterk groeien. Groeiende
kosten gezondheidszorg
• Toename (hightech) medische
apparaten, extra skeleton systems
Beleveniseconomie,
internet en
entertainment
Vermaak is steeds belangrijker en groeit
daardoor
• Verdere groei van systemen
die mensen vermaken
• Leisure industry
Bottom of the
pyramid
Nieuwe businessconcepten voor de grote
groep armsten van de wereld
Nieuwe businessconcepten met kern
functieproducten

13
Veel van deze trends zorgen voor directe markt
ontwikkelingen die voor het Nederlandse HTSM-
cluster, en dus ook het Innovatie Cluster Drachten,
van belang zijn:
OO Meer en nieuwe soorten systemen (soms ook als
dienst: leasen in plaats van aanschaffen/sharing).
OO Systemen die rekening houden met
verschillende culturele achtergronden
(andere human interfaces/apps).
OO Duurzaamheid wordt belangrijker:
hergebruik, minder gebruik energie
en (schadelijke) materialen.
OO Systemen die op afstand te bedienen
en te onderhouden zijn.
OO Systemen als onderdeel van een groter
netwerk/systeem (via internet).
Dit heeft veel invloed op de nieuwe productfuncties
(producttechnologie, hoofdstuk 3), de wijze van
produceren (productietechnologie, hoofdstuk 4) en
de toekomstige te gebruiken materialen (materiaal-
technologie). Deze laatste trend is in dit document
niet verder uitgewerkt.

15
3. Belangrijke trends bij het gebruik
van High Tech Systems & Materials
Hieronder zijn een aantal trends beschreven die
belangrijk zijn voor de innovatie van HTSM in de
markt. Het gaat hier over ontwikkelingen in de sys-
temen zelf (producttechnologie). Naast “klassieke”
innovatiedrijfveren zoals nauwkeuriger, sneller en
goedkoper, zijn er een aantal specifieke trends te
noemen die het begin van de 21e
eeuw kenmerken
en dagelijks de R&D medewerkers van het Innovatie
Cluster Drachten, en andere high tech bedrijven in
Nederland, bezig houden.
Een kleine opsomming van deze trends, geïllustreerd
met voorbeelden, is hieronder beschreven:
3.1 VAN MENSARME NAAR ONBEMANDE
SYSTEMEN
Een groot deel van de high tech systems die op de
markt komen hebben in zich dat ze handwerkzaam-
heden vervangen of dat de bediening met steeds
minder mensen af kan.

| Voorbeelden van arbeidsbesparende systemen vanuit ICD bedrijven: de Neopost CVP 500: een automatische inpaklijn voor op
maat gemaakt webwinkel verzendingen die 90% van de inpakarbeid bespaard. ECM mechanisaties van Irmato. Labautomation van
BD Kiestra: het antwoord op de afnemende hoeveelheid laboranten in ziekenhuizen. (Bron: Neopost, irmato en BD websites)
Het terugdringen van de factor arbeid is een klas-
sieke drijfveer van de HTSM-innovatie, waar op dit
moment de stap naar zelfs onbemande systemen
wordt gemaakt. Vaak is de mens zelf de zwakste
schakel in een systeem: bv piloten zijn vaak de
oorzaak van een vliegtuigongeluk door hun foutief
handelen, of is de mens niet geschikt om in zeer
extreme condities te acteren. Een onbemand high
tech systeem kan hierbij een oplossing zijn. En soms
neemt het systeem saaie taken van ons over zoals
stofzuigen en grasmaaien!

17
| Voorbeeld van een onbemand blusvoertuig, dat kan werken onder condities waar de mens niet toe in staat is. Verder zien we onbemande
(consumenten) systemen die we inmiddels al in de praktijk tegen kunnen komen zoals de robotstofzuiger van Philips CL. Mini robots
zijn ideaal om metingen uit te voeren en worden van allerlei sensoren voorzien.(bron oa websites, Philips, Husqvarna, Lely)

3.2 SENSORING & BIG DATA
In steeds meer high tech systemen komen complexe
functies. Deze functies komen vaak tot stand door
sensoren. Er komen steeds meer soorten sensoren
die van alles kunnen meten. Eigenlijk is inmid-
dels elke fysische grootheid wel te meten. Sensoren
worden steeds elektronischer uitgevoerd en daardoor
vaak een betere signaal/ruisverhouding, kleiner en
goedkoper. Naast sensoren kennen we actuatoren:
samen vormen ze een regelkring in een systeem.
Enkele subtrends hierbij zijn:
OO Van Big data naar Smart data
OO Visual Intelligence
OO Remote sensoring & virtual intelligence
OO Onderdeel van een groter netwerk
en Swarm-technology
OO Integratie met serious gaming en virtual reality
Van Big data naar Smart data
Al deze sensoren halen gegevens binnen: dit noe-
men we data. Dit gaat met grote hoeveelheden MB
per minuut of zelfs per seconde. Dit noemen we Big
Data. De laatste trend hierbij is Exascale data en dan
hebben we het over 1018
bewerkingen per seconde!!
Deze data is echter nog geen informatie. Data moet
dus geanalyseerd worden en verbanden moeten
gelegd worden om de systemen beter te laten werken.
Hier gebruiken we algoritmen voor. De kunst van
het achterhalen van patronen via de juiste algo-
ritmen is dus van cruciaal belang. Kortom van Big
Data naar Smart Data
Het ICD heeft een gezamenlijk 2 jarig R&D project
op dit onderwerp.

19
R&D Project Sensors + big data
Samen leren: van meten naar handelen
Samen leren met grote en kleine bedrijven
Meten Verzamelen Analyseren Handelen
Demo 1
Irmato
BC 1
Delta Instruments
BC 2 & 3
YP
BC 7
Neopost
BC 5
Philips
BC 4
BD Kiestra
BC 6, 8 & 9
3D
meetplatform
Farm mgt tool
Koemelk-
differentiatie
Cloud
services
Machine
performance
Preventief
onderhoud
Conﬁguratie mgt
Demo 2 & 3 Demo 7 Demo 5 Demo 4 Demo 6, 8 & 9
Proactieve
interactie
operators

Visual intelligence ontwikkelt zich zeer snel
Een belangrijke trend is de ontwikkeling van visuele
sensoren: camera’s. Het begon allemaal simpel met
aanwezigheidserkenning: of een onderdeel er wel/
niet is. Met de tegenwoordige camera’s en beeldver-
werkingssoftware kan steeds meer gedaan worden:
positie inspectie, kleurherkenning, gezichtsherken-
ning, contourherkenning, gelaatsuitdrukkingen,
nachtzicht monochroom, nachtzicht full color etc.
| Ziuz is gespecialiseerd in visual intelligence en kan grote bestanden kinderporno laten scannen op allerlei kenmerken om zo recherche te versnellen en te
verlichten. Ziuz maakt ook apparatuur die 1800 verschillende pillen visueel kan herkennen zodat patiënten de juiste pillen op het juiste moment krijgen

21
Remote sensoring & connected devices
(Internet of Things)
Remote sensoring is het op afstand monitoren,
bedienen en analyseren van systemen. Dit is van
groot belang voor bedrijven die hun producten
wereldwijd hebben staan en die hun klanten willen
assisteren bij het zo goed mogelijk gebruiken van
deze systemen. Middels remote sensoring kunnen ze
hun klanten 24/7 bij staan.
Systemen zijn dus steeds meer verbonden met elkaar
en met data centra. Verbonden devices kunnen dus
data doorsturen die tijdens het gebruik zijn ver-
gaard. Dit noemen we dan connected devices, ofwel
The Internet of Things. (IoT)
| YP Your partner is gespecialiseerd in deze remote sensoring
en is in staat om op standaard hardware (smart phones,
I-Pads) telemetrische software te ontwikkelen

| De connected shaver van Philips die door middel van Bleutooth aan een smartphone verbonden is.(bron website Philips)

23
Onderdeel van een groter netwerk
en Swarm-technology
Veel systemen werken alleen: stand alone. Maar door
de toename van sensoriek en communicatie techno-
logie kunnen steeds meer systemen samenwerken in
een netwerk: een groter high tech systeem. Een mooi
voorbeeld is Bluetooth. Iedereen kent dat wel vanuit
de thuissituatie en in de auto waarbij apparaten met
elkaar verbinding kunnen maken en dus met elkaar
kunnen “communiceren”. Bluetooth is overigens een
uitvinding van het toenmalige Ericsson in Emmen.
Op dit moment gaat deze ontwikkeling steeds verder
en in combinatie met onbemande systemen wordt
op dit moment op verschillende plekken op de
wereld gewerkt aan zogenaamde “Swarm” technolo-
gie: het gedrag van een groep van systemen als een
zwerm te sturen door middel van zeer eenvoudige
communicatieprotocollen onderling. Hierbij kunnen
we heel veel leren van de natuur. Deze technologie
zal bijvoorbeeld doorslaggevend zijn om auto’s, zon-
der bestuurders, onderling niet te laten botsen.
| Onbemande auto’s gaan gebruik maken van de
Swarmtechnologie (bron website Google)
Voor zowel connected devices als voor systemen in
een groter netwerk of zwerm is de ontwikkeling van
betrouwbare Short Range Wireless Communication
(oa Wifi, Bluetooth) maar er zijn nog veel meer
mogelijkheden van groot belang.

Integratie met serious gaming en virtual reality
De laatste trend rondom sensoring & big data is
de combinatie van high tech systemen met serious
gaming. Bij serious gaming worden spelvormen inge-
zet, waarbij het doel niet (alleen) vermaak is. Vaak
vinden we deze combinatie terug in zeer realistische
simulatoren die gebruikt worden bij het trainen van
vaardigheden en het leren ingrijpen op gesimuleerde
noodsituaties. Simulatoren stammen vooral uit de
wereld van de luchtvaart maar komen ook steeds
meer voor bij het leren besturen van schepen, auto’s
en tegenwoordig ook bij het trainen bij chirurgische
handelingen en sport.
Door de combinatie met (grote) afbeeldingen van de
omgeving op schermen of brillen wordt de beleving
enorm reeeël waargenomen. Dit noemen we de
virtual reality. Door enorme rekensnelheden kan
continue het beeld aangepast worden aan de posi-
tie van het systeem en krijg je echt het gevoel dat je
vliegt of vaart.

25
| Een mooi noordelijk voorbeeld (rechtsonder) van de mix van een high tech sytem met serious
gaming is is de gezamenlijke ontwikkeling van Grendel Games & Pezy van een simulator om
chirurgen minimaal invasieve operaties te laten oefenen bron (oa website Grendel Games)

3.3 NIEUWE PRODUCTEN EN VORMEN
DOOR 3D & AMT
AMT staat voor Additive Manufacturing Techno-
logy, kortweg gezegd het aanbrengen in laagjes (zelfs
soms in atomen) van materialen om producten te
maken in plaats van het weghalen van materiaal.
(bv. frezen, draaien, …). Voorbeelden van AMT zijn:
opdampen van coatings, sputteren, Atomic Layer
Disposition.
De belangrijkste Additive Manufacturing Technology
vandaag de dag, is het zogenaamde 3D printen. Deze
technologie bestaat nu zo’n 20 jaren maar is volop
in ontwikkeling. Steeds meer kunststof materialen
kunnen hiervoor gebruikt worden, zelfs de stap naar
metalen is volop in ontwikkeling en steeds grotere
producten of juist kleinere precieze producten kun-
nen met deze technologie gemaakt worden. Maar het
belangrijkste van deze technologie is dat er produc-
ten mee gecreëerd kunnen worden die tot voorkort
onmogelijk gemaakt konden worden met de tot dan
toe bekende maakprocessen.
| Voorbeelden van producten die alleen door middel
van metaal 3D printen te maken zijn
Ook op dit onderwerp heeft het ICD een gezamenlijk
2 jarig R&D project

27
R&D project 3D printen
Samen leren
metaal printen
Titanium
Koel-kanalen
Persoonlijke
producten
Geprinte
electroden
Gecurvde
Koel kanalen
Normale
Grondstoffen
Current approach
Proposed approach

3.4 DE OPMARS VAN PHOTONICA
Een nog wat onbekende, maar zeker niet onbe-
langrijke trend, is de wereld van photonica: simpel
weg gezegd: het werken met licht (photonen) in
plaats van electronen. Eigenlijk kun je photonica als
opvolger van de electronica zien en daarom zijn deze
werelden nauw met elkaar verweven. Wellicht wordt
deze eeuw wel de eeuw van het photon, zoals de
20e
eeuw de eeuw van het electron was. Dit maakt
nog snellere schakelingen mogelijk maar ook extra
nieuwe functionaliteiten: bekende toepassingen zijn
lasers maar ook zonnepanelen (PV= PhotoVoltaic)
en nachtkijkers. Zeker ontwikkelingen in de medi-
sche toepassingen zullen profiteren van deze nieuwe
producttechnologie.
| Photonis in Roden maakt zgn optische beeldversterkers die licht 30.000 X kan versterken.
Naast in nachtkijkers worden deze subsystemen ook hoogwaardige microscopen verwerkt (bron website Photonis)

29
3.5 DUURZAAMHEID IN GEBRUIKSFASE EN
IN DE END-OF-LIFE FASE
Een belangrijke drijfveer voor innovatie is de nood-
zaak naar duurzamere producten. Over het alge-
meen kan men stellen dat high tech systemen wel
een lange levensduur hebben en dat daarmee de
zogenaamde use (= gebruiks)-fase de belangrijkste
fase van high tech systemen is. Natuurlijk is ook de
productiefase en de end-of-life fase van belang maar
ten opzichte van de totale levenscyclus is de use-fase
(gebruiksfase) bijna altijd dominant.
Metal “fighting”
Het vervangen van metalen in high tech systems
door lichtgewicht kunststoffen kan veel duurzaam-
heidsvoordelen hebben: metalen kosten meer energie
om te produceren, kunststoffen zijn vaak lichter om
te gebruiken en corroderen niet. Kunststoffen heb-
ben ook vaak een kostenvoordeel. Voor veel kunst-
stoffen zijn er, of ontstaan er, steeds meer goede
recycle mogelijkheden.
All electric systems
Auto’s, trucks, schepen en vliegtuigen maken
nog steeds gebruik van verbrandingsmotoren om
hun energie op te wekken om te bewegen. Er zijn
natuurlijk massieve ontwikkelingen op het gebied
van elektrificeren van al deze high tech systems,
soms nog via een combinatie van beide systemen
(hybride), soms al 100 % elektrisch, zoals de welbe-
kende Tesla S. Electrische aandrijving met zonnecel-
len, biedt de potentie voor oneindige voorstuwing
van voertuigen! Bij electrificeren is natuurlijk ook
energie opslag cruciaal. Er is wereldwijd een enorme
strijd gaande om de meest efficiënte en lichtste
accupakketten in combinatie met een electrische
aandrijf”trein”. Battery-management is derhalve een
strategische competentie voor veel high tech bedrij-
ven aan het worden.

| Whisper Power is een afsplitsing van MasterVolt, een gerenommeerde naam in
de wereld van de zonne-energie en werkt aan de hybridisering en electrificering van
energiesystemen voor de high tech systems (oa jachtbouw). Whisper Power is natuurlijk
ook vertegenwoordigd op de Solar Boat Race (bron: website Whisper Power)

31
Cradle to Cradle en Re-manufacturing
Een belangrijke trend binnen de high tech systems
is Re-manufacturing: het terugnemen van gebruikte
systemen, die te inspecteren en te modificeren, en ver-
volgens weer op de markt aan te bieden met de zelfde
garantie als een nieuw product. Naast een enorm
duurzaamheidsvoordeel heeft dit vaak ook commerci-
ële voordelen: bv het inruilen van het oude systeem bij
de klant in combinatie met de verkoop van een nieuw
systeem en/of het afschermen van de onderkant van
de markt door low cost systemen aan te bieden.
| Neopost doet aan succesvol aan Remanufactring
van DS75 folder Inserter (bron Neopost)
Mocht het systeem niet meer bruikbaar zijn worden,
dan worden belangrijke componenten eraf gehaald
en als reserve onderdeel gebruikt. Mocht dat ook
geen zin meer hebben, dan zijn de gebruikte materia-
len echt aan recycling toe.
Bij cradle-to-cradle producten is het belangrijk
om in het ontwerp al rekening te houden met het
hergebruik van materialen. Materialen moeten of
in de biocycle passen (composteerbaar zijn) of in de
technocycle (zo vaak mogelijk recyclebaar).
3.6 BOTTOM OF THE PYRAMID
PRODUCTEN
Zeker bij consumentenproducten is dit een belang-
rijke trend: immers een groot deel van de wereld-
bevolking is (nog steeds) verstoken van enige luxe.
Niet toevallig is dit een hele grote groep en dus
feitelijk een nieuwe markt. Bottom-of-the piramide

producten zijn dus zeer functionele maar vooral low
cost producten. Dat vergt een andere dan gebrui-
kelijk wijze van ontwerpen en fabriceren. Deze
producten kunnen nog steeds high tech zijn om te
ontwerpen en maken. Hieronder als voorbeeld een
product van Philips, de zogenaamde Woodstove, die
voor een volledige verbranding van de houtsnippers
zorgt. Door de vorm van een gasvlam na te bootsen
wordt er veel brandstof bespaard en worden er geen
giftige rookgassen meer ingeademd waardoor men-
sen gezonder blijven.
| BoP product Philips: de Woodstove (bron: webiste Philips)
3.7 HIGH TECH SYSTEMS WORDEN STEEDS
BOUWBLOKACHTIGER
High Tech Systems worden steeds “bouwblokachti-
ger” opgezet rondom de hoofdfunctie (de processing
zelf, de kern, het hart van de werkelijke applicatie).
Daarentegen is er steeds meer behoefte om niet-
kernfuncties (ondersteunende bouwblokken) aan
andere spelers in de keten over te laten. Doordat
steeds meer OEM‘ers zich concentreren op hun
kernactiviteiten, liggen er kansen voor toeleve-
ranciers. Dit vergt wel strategische investeringen
en intensieve samenwerking. Hiernaast staat een
ordening van veelvoorkomende bouwblokken. Niet
alle systemen hoeven dus te bestaan uit dezelfde
bouwblokken!
Dit levert de volgende uitdagingen op bij het ontwer-
pen van High Tech systemen

33
Systeemtechnologie HighTech systems
Covering
Conditioning
Processing
Hoofd-
functie
Dosing
Powering
Adding
Control
Motion
system
Handling
object
Imaging Measuring Sub-
functie

OO Ontwerpen van het totale systeem vraagt om
een steeds betere functionele opdeling. Dit
heeft tot gevolg dat het ontwerpproces nu echt
multidisciplinair wordt. Statisch, mechanisch,
mechatronisch, meet- en regeltechniek,
software, etc. lopen gelijk op. Elkaar verstaan
is het voorportaal van elkaar begrijpen. Het
spreken van dezelfde taal is dus essentieel.
Generalisten die tegelijkertijd enige diepgang en
respect weten te bereiken, zijn de golden boys.
OO Goed functioneel opdelen is een vak.
Interfacemanagement is daar een onderdeel
van. In een vroegtijdig stadium zullen de
interfaces bevroren worden en zal hier een
wijzigingsprocedure op gehanteerd worden. Dit
is niet altijd prettig, maar wel noodzakelijk om
werkpakketten, op bouwblokniveau, parallel
uit te zetten. Op zich is dat vaak nodig om de
gewenste time-to-market te halen. Goed opdelen
van werkpakketten zorgt voor een minimale
doorlooptijdreductie van 20%. (ervaringsgetal)
OO High Tech-systemen worden steeds complexer,
steeds meer sensornetwerken met regelloops
erachter. Het nadeel van veel sensoriek is dat er
goed naar de signaal-ruisverhouding gekeken
moet worden om de machines op een hoge
up-time te houden (zie ASM-L-machines die nu
45 (!) verschillende graden van vrijheid hebben
en tegelijkertijd beheerst moeten worden).
OO Bescherming van kennis. Binnen de keten
is een “open innovatie cultuur” nodig
om als samenwerkend verband tot echt
vernieuwende innovaties te komen. Deze
kennis moet wel binnen de keten beschermd
worden om het concurrentievoordeel ook
om te kunnen zetten tot een economisch
voordeel voor de samenwerkende bedrijven

35
4. Belangrijke trends bij het
produceren van High Tech
Systems & Materials
Bij het produceren van complete high tech syste-
men worden gemiddeld 60 soorten maakprocessen
gebruikt, in 8 verschillende klassen (zie hieronder).
Met al deze technologieën kan de aanmaak van losse
onderdelen tot en met het samenstellen van complete
systemen beschreven worden. Een compleet fabricage-
proces is dus optelsom van vele fabricagetechnologieën
die in de gehele fabricageketen nodig zijn.
We kennen de volgende 8 klassen:
1. Wegneemtechnologie: bv frezen, ECM, laser bewer-
ken etc. Hierbij wordt materiaal weggenomen.
2. Opbrengtechnologie: bv opdampen, 3D printen,
etc. Hierbij wordt materiaal aangebracht.
3. Vormtechnologie: bv. spuitgieten, smeden. Hierbij
wordt basismateriaal in een vorm gebracht.
4. Transitietechnologie: bv uitharden,
gloeien, etc. Hierbij wordt de chemische
structuur van het materiaal veranderd.

5. Reinigingstechnologie: bv. uitdampen,
beitsen. Hierbij worden materialen/
componenten schoongemaakt/voorbewerkt.
6. Meettechnologie: bv SEM, röntgen, etc.
Hierbij worden allerlei metingen gedaan
aan de componenten. Hoewel je met
meten niets maakt is het wel vaak een
belangrijke stap om iets te maken.
7. Verbindingstechnologie: bv solderen, lassen,
etc. Hierbij worden twee of meer componenten
definitief met elkaar verbonden.
8. Samensteltechnologie: bv klikken, schroeven.
Hierbij worden twee of meer componenten
samengesteld die ook weer losneembaar zijn.
| Het ICD lid Photonis maakt
optische beeldversterkers en
heeft hiervoor maar liefst 130
verschillende soorten maakprocessen
(waaronder een aantal zeer
precieze, exotische processen) in
huis. (Bron website Photonis)

37
Belangrijke trends in de wereld van het produceren
van High Tech Systems zijn:
4.1 FABRICAGETECHNOLOGIEËN MET
PRECISIE: DE “KLASSIEKE” HIGH TECH
Ook hier beginnen we met een “klassieke” innova-
tiedrijfveer: het steeds preciezer kunnen bewerken
van materialen tot onderdelen door toenemende
high tech productspecificaties. In feite geldt dat voor
alle 60 soorten technologieën.
De relatie tussen fabricagetechnologie en precisie
is vastgelegd in de zogenaamde Taniguchi-curve.
Elke fabricagetechnologie kent een vorm van uiter-
ste, herhaalbare precisie, maar ook minder precieze
uitvoeringsvormen. Zo is er bijvoorbeeld sprake van
conventioneel frezen, hoog precisiefrezen en UHP
(ultrahoog precisie) frezen. Soms verandert ook de
naam van het proces: in de semi-conductorwereld
wordt “precisie zagen” dan ook wel dicing genoemd.
De Taniguchi-curve is jarenlang gebruikt voor de
monitoring van de ontwikkeling van de precisie
fabricageprocessen in de tijd van (afnemende
fabricagetechnologieën).

| Bron: Roadmap Lange Termijn Technologie ontwikkeling High Tech Systems Point One
Relatie fabricagetechnologie en precisie
16
Relatie fabricagetechnologie en precisie

39
| Het ICD lid Norma is een voorbeeld van een bedrijf dat “leeft” van de ultraprecisiebewerkingen. (Bron website Norma)

4.2 3D OPBRENGTECHNOLOGIE NEEMT
EEN VLUCHT
Naast weghaaltechnologie komt er steeds meer
opbrengtechnologie voor directe toepassingen in de
praktijk. Het laag-voor-laag opbrengen van atomen,
moleculen, druppels materiaal, rupsen materiaal
neemt een enorme vlucht. 3D printen is een hele
belangrijke nieuwe productietechnologie in dit
domein. Dat 3D printen nu ook voor eindproducten
wordt toegepast, betekent dat er andere eisen komen
aan het proces. Momenteel zijn kwaliteitsbeheer-
sing, herhaalbaarheid, maar ook onderwijs grote
uitdagingen.
De grote doorbraak op dit moment is de stap naar
het nauwkeurig 3D metaalprinten. Ontwikkelingen
in professionele printers maar ook thuisprinters
gaan razendsnel en heeft veel invloed op de wijze van
produceren van producten.
High Tech Systems en 3D printen zijn aan elkaar
verbonden
14
Het principe van 3D printen is
eenvoudig: laagje voor laagje
een product op te bouwen
Vormen die niet eerder mogelijk waren,
zijn nu te maken
Producten kunnen persoonlijk op maat gemaakt
worden en zonder hulpgereedschappen
Iedereen zijn eigen fabriekje thuis
En
heeft
grote
impact
op:
Rapid xxx
Met 3D printen kun je snel dus onderdelen maken
en heb je geen (tussen)gereedschappen (tooling)
nodig. Deze manier van werken is niet alleen inte-
ressant voor het snel maken van prototypen (rapid
prototyping) maar zeker ook interessant voor het
maken van gereedschappen (rapid tooling) en zelfs

41
het fabriceren van onderdelen in kleinere series
(rapid manufacturing)
Democratisering van productie
Digitalisering heeft alle fases van de product
development cycle democratischer en decentraler
gemaakt. Zo wordt kennis vrijer gedeeld (open inno-
vatie en crowd-sourcing) en is financiering toegan-
kelijker geworden (crowdfunding). Een belangrijke
trend die door 3D printen in gang is gezet is de
democratisering van productie. Een 3D printer is
een consumentengoed geworden en stelt iedereen
in staat, waar ook ter wereld, zijn eigen producten
te maken. Steeds meer open-source CAD bestanden,
steeds meer 3D scanners en steeds meer open source
3D machines zijn voor weinig geld bereikbaar.
Open source 3D printers zijn printers die gemaakt zijn
om zichzelf te repliceren: met deze printers kun je de
onderdelen printen voor een exacte kopie van de prin-
ter en dat kan natuurlijk heel vaak herhaald worden.
| Open-sourcemachines zoals RepRap zijn behoorlijk
succesvol. (Bron RepRap website)

De wereldwijde opmars van 3D-printing thuis lijkt
onvermijdelijk in de ogen van sommige specialisten,
die daarin een manier zien om enkel dat wat nodig
is op maat te fabriceren, zonder verzendings- of ver-
plaatsingskosten en tegen lagere milieukosten. Een
ander, ingewikkelder, aspect dat hiermee verband
houdt is het risico en de aansprakelijkheid rondom
het functioneren van het product, aangezien de
gebruiker zelf de producent is geworden.
4.3 ROBOTISERING EN BIG DATA
(INDUSTRY 4.0)
Met Industry 4.0 is in Duitsland is een ontwikkeling
ingezet om de vierde technologische revolutie vorm
te geven. Hierbij wordt gedoeld op de verregaande
digitalisering en verwevenheid van machines, sen-
soren en organisaties (ook ‘internet of things’ maar
dan in de fabriek en keten) waardoor nieuwe manie-
ren van produceren en nieuwe business modellen
kunnen ontstaan.
Het doel van deze “slimme fabrieken” is het hebben
een zeer flexibele wijze van werken. In plaats van
schaalvoordeel, bieden dergelijke slimme fabrieken
synergievoordeel; het tijds-, materiaal- en kosten
effectief produceren van verschillende producten
met verschillende kwaliteiten in verschillende
hoeveelheden met een zo kort mogelijke doorlooptijd
en zo weinig mogelijk verspilling om daarmee op
wereldschaal concurrerend te kunnen zijn.
Hierdoor, is het mogelijk voor iedere klant ‘op maat’
producten en diensten te leveren(mass customi-
zation). Ook de toeleverketen is in dit model sterk
geïntegreerd en moet met dezelfde snelheid met de
marktvraag mee bewegen. Het hart van alle deze
nieuwe doelen wordt gevormd door geïntegreerde
systemen van robots en bijbehorende logistieke
processen.

43
In Nederland noemen we deze beweging Smart
Industry. Het project Smart Factory, dat zich richt op
het “maken/realiseren” past in deze beweging.
Een paar trends daarbinnen nog extra uitgelicht:
Robotisering van productie
Zoals al in het vorige hoofdstuk is gemeld is het
mensloos werken uit verschillende perspectieven
(geld, kwaliteit en tijd) een enorme driver van inno-
vatie. Robots kunnen foutloos 24 uren en 7 dagen
werken in condities waar mensen überhaupt niet in
staat zijn om in te werken. Tot nu toe waren robots
duur in aanschaf en vaak maar geschikt voor één
soort bewerking.
Daarom is er nu een beweging op gang gekomen
om robots goedkoper, veel gebruiksvriendelijker en
universeel inzetbaar te maken. Bovendien worden
robots steeds meer voorzien van sensoriek om pro-
cessen beter in control te houden. Dit genereert veel
data die ook hier weer in smart data moeten worden
omgezet. Door nieuwe “neurale” ICT-programma-
tuur kunnen we veel meer nieuwe verbanden zien
en kunnen we beter benoemen hoe bijgestuurd kan
worden (feed-back & feed-forward).
Democratisering van robottechnologie
Ook hier geldt dat er steeds meer eenvoudige, goed-
kope robots op de markt komen. Deze goedkope
robots zijn standaard robots en kunnen steeds beter
ingezet worden voor allerlei soorten activiteiten. Ze
zijn generiek programmeerbaar en vaak makkelijk
programmeerbaar: je doet de handelingen voor door
de robot aan de arm te trekken, zodat de robot de
beweging daarna zelf kan herhalen. Zo komt ook
deze vorm van automatisering in ieders bereik. En
daarmee zal ook het concurrentieveld van high tech
bedrijven kunnen gaan verschuiven.

Ook robots kunnen niet zonder mensen
Daar waar robots komen verdwijnen dan de men-
sen? Het antwoord is nee, dat gaat zeker niet
gebeuren! Ook deze robots moeten ook ontworpen,
gemaakt, in bedrijf gesteld, bediend en onderhouden
worden. Dit vergt natuurlijk andere soorten vaardig-
heden maar er blijft ook mensenwerk. Daarnaast zal
de creativiteit van mensen nodig blijven om voort
durend te verbeteren en te innoveren.
Reshoring
Of te wel het terughalen van werk als tegenover
gestelde beweging van offshoring/outsourcing. Door
de factor arbeid van de productie laag te houden is
concurrentie met lage lonen landen mogelijk. Door
het professioneel automatiseren/robotiseren van
productie zijn bedrijven in West Europa zelfs in staat
om werk wat eerst voordeliger in een lage lonen land
gemaakt kon worden opnieuw hier te maken. Dit
een belangrijke ontwikkeling voor alle bedrijven van
het ICD, waarmee het werk in de regio en in Neder-
land kan worden behouden.
| Voorbeelden van goedkope standaard robots: de Cobot, een Baxter
en een universal robot (bron websites Cobot, Baxter en Universal

45
| New York Times, 18 augustus 2013: Robot arms like
those at a Philips Electronics factory in the Netherlands can
perform the same tasks as hundreds of low-skill workers

| Verschillende soorten processen met oplopende stofklassen: stofarm produceren electronica bij Variass in Veendam, stofvrij produceren
composieten in laboratorium Compoworld/NLR in Marknesse en clean room produceren bij Photonis in Roden.
4.4 CLEAN ROOM PRODUCTIE
Een vierde en belangrijke trend in wereld van de high
tech productie is het steeds belangrijker worden van
assemblage onder speciale geconditioneerde omstan-
digheden waarbij contaminatie (vervuiling) een grote
rol speelt. Traditioneel waren temperatuur en voch-
tigheid in de assemblage hallen altijd al belangrijk.
Nu komt daar contaminatie bij, die op de producten
kan komen door stof- en bacteriebesmettingen. Stof
is een belangrijk aspect bij precisie. Hoe nauwkeu-
riger een product moet werken, hoe meer negatieve
invloed een stofkorrel kan hebben. Juist bij hoog-
waardige medische producten is bovendien steriel
werken van groot belang. Er zijn verschillende soor-
ten stofklassen bekend waarbij de hoogste stofklassen
behoorlijke installaties met zich meebrengen om die
stofklassen te halen. Ook de werkprocessen worden
anders met bijvoorbeeld toegangsluizen, schoonma-
ken, schoonhouden en verpakken van de producten.
Vaak moeten medewerkers speciale kleding dragen
om “besmetting” van het product te voorkomen.

47
Roadmap 3D printing ICT in de fabriek Roadmap Draadloze
communicatietechnologie
ToekomsTvisie
FuTure FacTories
De invloed van automatisering
in de industrie
Ir. J.A. Krebbekx
Dr. ir. M.F. van Assen
Drs. W.J. de Wolf
5. Intereresse in meer informatie?
Heeft dit boekje uw interesse gewekt, dan kunnen wij u de volgende interessante verdiepende informatie
aanbieden. U kunt de informatie aanvragen via jgk@berenschot.com

Roadmap Lange termijn
technologie ontwikkeling
HTSM
Roadmap Photonic devices Duurzaamheid in de
HTSM sector
ABC van de topsector HTS&M
Veel geBruikTe BedrijfSkundige AfkorTingen en Begrippen
uiT de HigH TeCH SySTeMS & MATeriAlS-wereld
Joost Krebbekx | Wouter de Wolf | Laurens Barten | Pieter Theeuwes
Roadmap
Photonic Devices
Samenvatting

Berenschot Groep B.V.
Europalaan 40
3526 KS Utrecht
T +31 (0)30 291 69 16
E jgk@berenschot.nl
www.berenschot.nl

High tech systems & materials

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Similaire à High tech systems & materials

Similaire à High tech systems & materials (20)

Plus de Berenschot

Plus de Berenschot (12)

High tech systems & materials