Zonder 3D printen geen Pro-Gauntlet handschoen

Het Delftse bedrijf CrossGuard bestempelt de Pro-Gauntlet beschermingshandschoen als het meest geëngineerde product. De oorspronkelijk voor sport ontwikkelde handschoen biedt ook bescherming in tal van industrieën. 3D printen heeft zowel in de ontwikkelingsfase als nu in de productie een belangrijke rol gespeeld. “Zonder 3D printen hadden we dit nooit kunnen realiseren”, zegt Youval Kuipers, co-founder.

CrossGuard ontwikkelt bijzonder exoskelet dat beschermt tegen handblessures

In eerste instantie is de handschoen ontwikkeld voor Europees zwaardvechten, een sport die aan populariteit wint. Liefhebbers duiken in historische bronnen, waar ze leren hoe in het oude Europa met zwaardvechten geschillen werden beslist. De wapenmeesters van eertijds hebben in manuscripten tot in detail beschreven hoe hun zwaarden eruitzien, hoe ze gemaakt worden en hoe je ze hanteert. Vandaag de dag wordt deze verloren vechtkunst als moderne sport beoefend en worden er nationale en internationale toernooien gehouden. Wereldwijd hebben inmiddels zo’n 65.000 mensen de kunst van het zwaardvechten herontdekt. Daaronder Maarten Kamphuis, docent aan de TU Delft Faculteit Industrieel Ontwerpen, en Youval Kuipers, die in Delft bouwkunde heeft gestudeerd. Zonder dat ze het van elkaar wisten, stonden ze enkele jaren geleden op een openbare training tegenover elkaar. “We bleken dezelfde passie te hebben voor een sport in wording”, zegt Youval Kuipers over die ontmoeting. In dat gevecht is de kiem gelegd voor wat nu CrossGuard is.

Hand blijft kwetsbaar

De zwaardvechtkunst staat ver af van het beeld dat Hollywood schetst. Europees zwaardvechten is precisiewerk, waarbij snelheid en wendbaarheid de doorslag geven. Samen met Maarten is Youval gaan nadenken over hoe ze de sport naar een hoger niveau konden brengen. De handschoen bleek de remmende factor te zijn. Youval: “De hand blijft kwetsbaar, ook al zijn de huidige competitiezwaarden bot. Met het bestaande marktaanbod aan beschermende handschoenen moest je een compromis sluiten: gebruik je een lichte handschoen, waardoor je vingers beweegbaar blijven, dan ben je minder beschermd. Gebruik je een handschoen die goed beschermt, dan is die lomp en ben je minder wendbaar. Daarmee bereik je nooit de top van je performance.” De ProGauntlet belooft een einde te maken aan dit dilemma. De ontwikkeling hiervan heeft meerdere jaren gevergd, waarbij 3D printen een essentiële rol heeft gespeeld.

Bij ieder prototype kijk je of het werkt of niet, of de onderdelen natuurlijk bewegen, zonder weerstand. Je hebt veel iteraties nodig. In die fase is 3D printen voor ons essentieel geweest om snel te kunnen prototypen, testen en verbeteren.

“We wilden een handschoen ontwikkelen die anatomisch en heel organisch gevormd is. Met ontwerpen voor het menselijk lichaam begeef je je op een terrein vol onzekerheden. Bij ieder prototype kijk je of het werkt of niet, of de onderdelen natuurlijk bewegen, zonder weerstand. Je hebt veel iteraties nodig. In die fase is 3D printen voor ons essentieel geweest om snel te kunnen prototypen, testen en verbeteren.” De start-up heeft enkele jaren geleden dan ook direct een deel van het geld dat met crowdfunding werd opgehaald, geïnvesteerd in de eerste Formlabs 3D printer. Toen CrossGuard later z’n intrek nam in Yes! Delft, het incubatorcentrum van de TU Delft, kwamen er meerdere printtechnieken beschikbaar. “We hebben heel wat Ultimakers gebruikt in de ontwikkeling.”

Honderd losse onderdelen

De oplossing om de handen beweegbaar te houden en tegelijkertijd afdoende te beschermen, is een exoskelet dat is opgebouwd uit in totaal meer dan honderd losse componenten, waarbij elk vingerkootje door een apart segment wordt beschermd. Deze bewegen met de hand mee en overlappen elkaar, zodat je altijd de maximale bescherming houdt én je vingers flexibel kunt bewegen. Youval: “Andere handschoenen bestaan altijd uit meerdere lagen stof over elkaar. Als je een vuist balt, rekken de lagen uit. Dat geeft een oncomfortabele weerstand en door de rek neemt de dikte op bepaalde plaatsen af en dus wordt de bescherming minder. Ook verlies je door het volume aan materiaal controle over wat je vasthoudt. Bij de ProGauntlet schuiven de segmenten over elkaar heen.” Deze elementen zijn gemaakt van duurzaam polyurethaan. Voor de verbindingen gebruikt CrossGuard de Dyneemavezel van DSM. Alles is zo ontworpen dat er geen enkele lijmverbinding in voorkomt en dat elk onderdeel, mocht het beschadigd raken, vervangen kan worden. Zelfs de binnenhandschoen die in het exoskelet zit, kan

Alle losse onderdelen waaruit de Pro-Gauntlet beschermingshandschoen wordt samengesteld.

vervangen worden. Hoewel je zou verwachten dat CrossGuard voor de productie ook terugvalt op 3D printen - de complexe delen zijn immers niet lossend en je zou dan kunnen customizen - is dat niet het geval. Er komen voorlopig drie maten, gebaseerd op meer dan 700 verschillende handen die door CrossGuard gemeten zijn. 3D printen zou niet geschikt zijn voor productie van onderdelen. “Er zijn geen printmaterialen met gewenste sterkte-eigenschappen en duurzaamheid voor de hardshell van de ProGauntlet”, legt Youval Kuipers uit. “Bovendien is de afwerktijd van 3D prints te hoog voor onze massaproductie en zijn huidige 3D printers nog te langzaam ten opzichte van ons huidige gietproces.”

Casings voor gietvormen

3D geprint Dat neemt niet weg dat 3D printen een belangrijke rol speelt in het productieproces. De malcasings waarin de elementen worden gegoten, worden namelijk door MTB3D in Delft met een filament printer geprint. “Anders zouden we stalen casings moeten laten frezen, wat een behoorlijke investering vergt”, licht Youval toe. Het gaat om grote mallen die geprint worden. In het printen hiervan zit veel kennis en technologie die CrossGuard zelf heeft ontwikkeld gaande het proces. Door het filament een warmtebehandeling te laten ondergaan, verlengt men de levensduur van de casings. De mallen voor het gieten van de elementen worden nog steeds met een resin printer gemaakt (door 3D print servicebureau Meer3D) vanwege de hoge oppervlaktekwaliteit die hiervoor nodig is. “Voor de casings is geen detaillering nodig, daarom kunnen we die met filament printen.” 1250 orders wachten op productie CrossGuard heeft door middel van presales 1250 orders opgehaald. De productie had al gestart moeten zijn, als het covid-19 virus geen roet in het eten had gegooid. “Onze supply chain is met piepende remmen tot stilstand gekomen”, constateert Youval. Wel is er een gelimiteerde serie van 25 paar uitgegaan naar pilot-klanten, die zeer lovende reviews op social media hebben gepubliceerd.

Toepassingen in andere sectoren

Het gieten gebeurt in Nederland, de assemblage en productie van de binnenhandschoen in het buitenland; daar zat vanwege de covid-19 pandemie de pijn. “We hebben inmiddels alternatieven gevonden om dichterbij huis te kunnen produceren. Als start-up vecht je altijd tegen de tijd en moet je puzzelen met de middelen die je hebt.” Ondertussen heeft de beschermhandschoen wel de interesse gewekt van andere partijen, waaronder de politie (ME) en defensie, die eigenlijk met vergelijkbare problemen kampen als de liefhebbers van het traditionele zwaardvechten. De mijnbouwindustrie is eveneens een sector waar al contacten mee zijn gelegd. Ook andere vechtsporten en high risk balsporten heeft CrossGuard in het vizier, zoals hockey en lacrosse. “We onderzoeken deze markten nu. De technologie kan alle kanten op, maar uiteindelijk moet op commercieel gebied de beste keuze gemaakt worden. Zwaardvechten is een intense sport, waarbij de hand beschermd moet worden tegen slagen en steken. Om aan deze eisen te voldoen, is onze handschoen vrij complex geworden. Nu moeten we kijken hoe we het ontwerp voor andere toepassingen simpeler kunnen maken waardoor de productieprijs omlaag kan. Onze proof of technology staat, dit platform kunnen we nu gebruiken voor andere markten.”