Klas Boivie er utdannet innenfor metallurgi og materialvitenskap ved KTH i Stockholm. Han begynte jobbe med additiv tilvirking i 1997, og disputerte innenfor dette faget i 2004 med innretning på metalliske materialer. Klas flyttet til Norge i 2005, og har siden da vært aktiv i både nasjonale og internasjonale prosjekter for utvikling av teknologien, både prosessene i seg selv, men også for praktisk bruk av teknologien – fremfor alt i norsk industri. Siden 2007 har Klas først og fremst jobbet med forskjellige utfordringer rundt industrialisering av additiv tilvirking, blant annet utvikling av internasjonale standarder gjennom ISO/TC261 og ASTM F42, der han er leder for utviklingen av en internasjonal terminologistandard for additiv tilvirking.
Denne artikkelen er hentet fra boken Teknologien endrer samfunnet utgitt på Fagbokforlaget i 2017 (ISBN 978-82-450-2297-1).
Boken kan bestilles her: https://www.fagbokforlaget.no/sok/?q=978-82-450-2297-1
Litt bakgrunn
På 1980-tallet møtte amerikansk bilindustri stadig sterkere konkurranse fra Japan. Den japanske bilproduksjonens fortrinn lå først og fremst i kortere gjennomføringstid og redusert ressursbehov ved utvikling av nye bilmodeller. Samtidig viste analyser av den amerikanske arbeidsmåten at en av de kritiske flaskehalsene ved produktutviklingen nettopp var tidsforbruk og kostnader til fremstilling av prototyper. Dette førte til omfattende forskningsinnsats på nye prosesser for raskere prototypefremstilling, såkalt Rapid Prototyping (RP). Et stort antall nye RP-prosesser for å lage geometrien til et produkt direkte fra en datamodell, ble da utviklet mot slutten av 1980-tallet og på 1990-tallet. Typisk har disse prosessene til felles at en programvare deler opp datamodellen til tynne skiver som så realiseres i form av tynne lag av et materiale. De forskjellige fabrikasjonsprosessene fremstiller og sammenføyer lagene trinnvis oppå hverandre til hele den digitale modellen er avbildet i fysisk form. Dette har ført til at det finnes et stort antall mer eller mindre forskjellige prosesser med ulike varemerker og produktnavn på markedet.
Et begrep med mange betydninger
Selve begrepet «3D-printing» kan ha flere forskjellige betydninger . Én betydning er at man helt enkelt «printer», det vil si skriver ut en tekst eller et bilde på en tredimensjonal overflate. En annen betydning er navnet til en prosess som først ble utviklet av Massachusetts Institute of Technology (MIT) og som ble patentert under det offisielle navnet «Three Dimensional Printing Techniques». Denne prosessen bruker en konvensjonell blekkskriverteknikk for å tilføre lim (i stedet for blekk) til tynne lag av pulver slik at et lag av pulver og lim dannes og limes til forrige skive. Dette repeteres for hver skive i datamodellen inntil en komplett fysisk modell er ferdigstilt. Denne teknikken er lisensiert til flere selskaper som har kommersialisert et antall prosesser som bygger på det samme prinsippet. Dersom de er basert på det opprinnelige patentet for «3D-Printing», kan disse prosessene kalles for de egentlige «3D-Printing»-prosessene.
En tredje betydning av begrepet «3D-printing» inkluderer en gruppe andre prosesser som også har tatt i bruk konvensjonell skriverteknikk for å lage fysiske objekter, og som ble utviklet parallelt med MITs metode. Disse benytter i stedet skriverhodet til å legge ut produktmaterialet direkte. Materialet kan da eksempelvis være voks, plast med lav smeltetemperatur eller en tregtflytende væske som herdes under eksponering av ultrafiolett lys. Disse prosessene har blitt patentert og markedsføres under egne navn, men siden de bygger på konvensjonell skriverteknikk, har de gjerne blitt identifisert som en gruppe sammen med MITs prosess, og da felles benevnt «3D-Printing».
Siden prosesser basert på konvensjonell skriverteknikk i en periode var forholdsvis rimelige og enkle i bruk, ble de typisk tatt i bruk av mindre bedrifter til fysisk visualisering av produktgeometri og enkle prototyper. De ble derfor oppfattet som et supplement til de todimensjonale skriverne, og således også kalt 3D-printere. En fjerde betydning av begrepet 3D-printing er derfor knyttet til de enkleste og billigste RP-maskinene, for å kunne skille dem fra de man da mente var de mer avanserte industrielle RP-maskinene.
I 2012, da Chris Anderson, sjefredaktøren for Wired Magazine, publiserte sin bok Makers: The New Industrial Revolution, omtalte han 3D-printere som en av flere typer billige og brukervennlige verktøymaskiner (minifres, laserskjærmaskiner osv.) som, kombinert med billige designprogrammer, ville innlede en ny industriell revolusjon. Andersons visjon var at slike verktøy gjør det mulig å samarbeide om produktutvikling og vareproduksjon på samme måte som man utvikler programvare med åpen kildekode. I et slikt scenario ville privatpersoner og mindre industriselskaper kunne dele og modifisere produktdesign og produksjonsutstyr for på den måten å drive produktutvikling og produksjon i felleskap. Den industrielle revolusjon Anderson så for seg, var at denne måten å drive produktutvikling og produksjon på ville ta over en stadig større del av den eksisterende vareproduksjonen. Når Anderson i sin bok omtalte 3D-printere, var det de enkle og rimelige RP-maskinene han mente. Men siden boka har hatt stort gjennomslag i massemedia og hos allmennheten, har 3D-printing (litt misvisende) fått en femte betydning, som det begrepet folk flest benytter for hele teknikkområdet uavhengig av prisnivå, brukervennlighet eller om prosessene benytter tradisjonell skriverteknikk. Siden alle betydninger av begrepet 3D-printing er i bruk samtidig, har dette gitt opphav til misforståelser – og gjort at det er blitt vanskeligere å få et begrep om dette teknologiområdet.
Et mer teknisk begrep
For å få en bedre forståelse av hva som er spesielt for denne teknologien, må vi derfor se på hva som skiller den fra andre, mer velkjente, teknologier.
Fra et overordnet perspektiv kan vi si at det prinsipielt finnes tre grunnleggende metoder for å forme en ønsket geometri fra et gitt materiale: gjennom avvirking, omforming eller tilføying av materiale. Med materialavvirkende (subtraktive) metoder (figur 1a) fjernes materiale bit for bit fra et råemne frem til ønsket form. Eksempler på materialavvirkende prosesser er sliping, saging, boring, fresing og dreiing. De materialformende (plastisk formende) metodene (figur 1b) former råemnet ved å påføre trykk og spenninger slik at materialet i råemnet tilpasses ønsket form. Prosesser som bruker denne metoden er for eksempel smiing, bøying, støping, pressing og ekstrudering. I tillegg til disse kan vi jo også forme et produkt gjennom å tilføye materiale. Materialtilføyende (additive) metoder (figur 1c) legger suksessivt til materiale til ønsket geometri er oppnådd. Dette er den metoden som typisk ble benyttet i de fleste av de prosesser som opprinnelig ble utviklet for rask prototypefremstilling, men som i dag får stadig flere nye bruksområder.
Siden det er det materialtilføyende prinsippet som skiller disse prosessene fra tradisjonelle tilvirkingsprosesser, ble additive manufacturing (AM) valgt som fellesbetegnelse for teknologiområdet da det ble aktuelt å utvikle industrielle og internasjonale standarder. Årsaken til at vi på norsk sier additiv tilvirking, er at det er en direkte overføring av additive manufacturing, og at det gir en enklere talemåte enn å måtte si materialtilføyende tilvirking.
Figur 1 Tre grunnleggende metoder for å forme et materiale til en ønsket geometri: (a) materialavvirkende (Bilde fra Sandvik), (b) materialformende (Bilde fra pixabay.com), (c) materialtilføyende (Bilde fra EOS).
Tilvirkingsteknikk basert på sammenføyning av materialer er for så vidt ikke noe nytt. Sveising, lodding og liming tilføyer jo materiale for å binde sammen ulike komponenter til et ferdig produkt. Fremstilling av hele produkter ved å legge lag på lag av et materiale er også et gammelt prinsipp, som eksempelvis ble benyttet til å lage keramikk ved hjelp av en «pølseteknikk» (figur 2). Det var den helt dominerende metoden før vi fikk dreieskiven. I naturen finnes det også flere eksempler: svaler bygger reir gjennom å legge sammen leirklumper, vepsebol bygges ved at vepsen tilføyer lag på lag med papirmasse til veggene og skjell og sneglskall er bygget av små krystaller av mineral som lagvis bindes til tidligere avsatt materiale.
Figur 2 Gamle anvendelser av materialtilføyende tilvirking: keramikk etter pølsemetoden, svale-, og vepsebol og skallet til en havsnegl (Kilde: Bilde 1 – keramikk med pølsemetoden: Scannet fra en barnebok, «Morning Star A Little Pueblo Girl», illustrert av Roger Vernam, publisert senest 1933 av The Platt & Munk Co. Bilde 2 og 3 – Svalerede & vespebol, pixabay.com. Bilde 4 – Klas Boivie).
Det grunnleggende prinsippet for materialtilføyende tilvirking er således eldgammelt og helt naturlig. Den store endringen som kom på 1980-tallet, innebar å kombinere dette med databasert, tredimensjonal modellering. Det ble da mulig å ta dette prinsippet i bruk for å realisere tredimensjonale datamodeller til fysiske objekter. Den første prosessen som ble kommersialisert, Stereo Lithography, ble patentert i 1986, og den første maskinen ble solgt i 1987. Siden 1987 er flere prosesser som kan brukes til fremstilling av produkter til forskjellige bruksområder, blitt kommersialisert. Vi skiller i dag mellom syv ulike grunnprinsipper som er tilpasset for å bruke forskjellige typer materialer i byggeprosessen.
Grunnprinsippet for additiv tilvirking er at produktet fremstilles ved at vi suksessivt tilføyer materiale til tidligere tilføyet materiale. Dette gjør at de ulike additive prosessene preges av den metoden som benyttes til å føre sammen og binde materialet. Det medfører også at materialegenskapene til det produserte produktet vil avhenge av maskininnstilling og prosessmiljø. Dette gir flere muligheter til å påvirke resultatet fra produksjonen, samtidig som det også blir flere faktorer som vi må ha kontroll på under prosessens gang. Dette kan beskrives som: «En materialtilføyende (additiv) tilvirkingsprosess fremstiller et materiale i formen av et produkt».
Figur 3 Kostnader for å fjerne og tilføye materiale med subtraktiv og additiv tilvirkingsteknikk.
En materialtilføyende prosess er sammenlignbar med en materialavvirkende prosess, men den går motsatt vei (tilføyer materiale i stedet for å fjerne materiale). En materialavvirkende prosess tar lenger tid og koster mer jo mer materiale vi fjerner. I en prosess som tilføyer materiale, koster det mer og tar mer tid jo mer materiale vi tilføyer (figur 3). I en materialavvirkende prosess er det derfor mest effektivt å fjerne minst mulig materiale, mens det i en materialtilføyende prosess blir mest effektivt å tilføye minst mulig materiale. Denne grunnleggende forskjellen medfører at de ulike prinsippene egner seg til ulike typer produkter. De additive tilvirkingsprosessene vil neppe konkurrere ut og erstatte de konvensjonelle, men de tilbyr et verdifullt supplement som åpner for helt nye muligheter for produktutvikling og produksjon.
Det er ikke nevneverdig kostnadsforskjell mellom å produsere en del med kompleks eller enkel geometri når vi bruker additiv tilvirking (figur 4).
Figur 4 Kostnader for konvensjonell tilvirking øker raskt når produktgeometrien blir mer kompleks, men kostnadsøkningen blir betydelig mindre ved AM (Bilde fra A.B. Spierings, inspire AG, St. Gallen, Sveits).
Når vi tilføyer mindre materiale, vil det gi kortere tilvirkingstid og lavere kostnader. Derfor kan et produkt med kompleks geometri bli billigere å produsere om det forbruker mindre av et kostbart materiale enn et produkt med en enklere geometri (men med samme funksjon) hvor det forbrukes mer kostbart materiale. Med additiv tilvirking kan vi også produsere mer sammensatte produkter i én enkelt prosess, og dermed redusere behovet for montering av mange forskjellige enkeltdeler. Samtidig er det mulig å optimalisere produktets funksjonelle egenskaper i større grad når vi ikke er begrenset av forutsetningene for konvensjonelle produksjonsmetoder. Individuell tilpassing av produkter innebærer heller ikke større problemer eller kostnader enn design av tilpasningen.
Det er helt klart at additiv tilvirking endrer spillereglene for hvordan vi kan designe nye produkter, hvilke materialer og materialegenskaper vi kan få frem, og hvordan vi setter sammen produksjonskjedene for nye produkter. Dette stiller igjen krav til nye måter å tenke på både innenfor design, materialbruk, produktutvikling, immaterielle rettigheter og verdiskapingen i produkter og tjenester.
Som tidligere nevnt var behovet for rask fremstilling av prototyper den opprinnelige bakgrunnen for utvikling av den additive tilvirkingsteknologien. Ved bruk av forskjellige prosesser kan teknologien benyttes for å lage prototyper for å møte ulike behov gjennom hele produktutviklingskjeden: fra modeller for visualisering av produktet tidlig i konseptutviklingen, til prototyper for å prøve funksjonalitet og formtilpassing for ergonomi og montering (figur 5).
Figur 5 Prototyper, avatarer og 3D-portretter eller smykker; et lite urvalg av eksempler på område der additiv tilvirking benyttes (Bilder publisert med tillatelse fra Met-L-Flo Inc., botspot og Particular AB).
Det er også mange andre bruksområder utover industriell produktutvikling der teknologien har vist seg gunstig i praktisk bruk. Det er for eksempel mulig å reprodusere filmkarakterer eller avatarer fra online-spill. Det er også mulig å lage tredimensjonale «fotografi ut fra en skannet geometrisk modell. Designere og arkitekter bruker teknikken for å demonstrere sine visjoner, mens for eksempel gullsmeder og kunstnere i tillegg bruker den til å fremstille ferdige produkter. Når det gjelder unike produkter, eller produkter med begrenset seriestørrelse og forholdsvis kompleks geometri, og der materialegenskapene ikke er av vesentlig betydning, er det fremfor alt brukerens kunnskap og fantasi som begrenser hvor langt vi kan komme med anvendelse av additiv tilvirking.
Man var også tidlig ute med å vurdere fremstilling av verktøy med additiv tilvirking. Det er utviklet flere forskjellige metoder: både direkte metoder der vi bruker additiv tilvirking for å lage selve verktøyet, og indirekte metoder der hulrommet i verktøyet formes etter en additivt tilvirket modell av produktet. Et eksempel på en direkte metode er å binde sammen sand til en form for metallstøping, og et eksempel på en indirekte metode er å støpe en additivt tilvirket modell inn i en silikonblokk, som deretter kan benyttes som form for å lage gjenstander i voks, polyuretan eller lignende plastmaterialer. Additiv tilvirking av verktøy direkte i metall gjør det også mulig å optimalisere plasseringen av kjølekanaler i verktøyet. Dette brukes først og fremst ved sprøytestøping, der det gir vesentlig forbedret produktivitet og produktkvalitet. Når det gjelder bruksgjenstander for et større marked, begrenses dette av at tilføyelse av materiale i seg selv ikke er en spesielt rask eller billig metode. Det er også sjeldent at en additiv prosess leverer ferdige produkter direkte fra maskinen. Vanligvis kreves det både litt forberedelser og en del etterarbeid. Men som tidligere nevnt kan antallet operasjoner og verktøy ofte reduseres i produksjonsprosessen. Dette kan i sin tur gjøre additiv tilvirking til en konkurransedyktig alternativ fremstillingsmetode. Eller så kan muligheten til optimalisert design bidra til at produktets ytelse forbedres så radikalt at det kompenserer for å benytte en dyrere tilvirkingsprosess. Hvorvidt en slik bruk er fornuftig eller ikke, avhenger av produktets geometri og bruksområde.
Menneskekroppen er forskjellig fra individ til individ. Selv ikke eneggede tvillinger er fullstendig like. Med additiv tilvirking finnes det neppe noen begrensinger for å lage produkter som er individuelt tilpasset. Dette åpner for store muligheter innenfor medisin og for fremstilling av hjelpemidler som må fysisk tilpasses den enkelte person. Innenfor kirurgi har additiv tilvirking derfor blitt et verdifullt verktøy for å lage modeller for visualisering og planlegging av kirurgiske inngrep, samt å tilvirke fiksturer for å holde kroppsdeler og styre instrumenter i riktig posisjon under selve inngrepet (figur 6).
Figur 6 Anatomiske modeller og fiksturer er til verdifull støtte for kirurger ved planlegging og gjennomføring av operasjoner (bildet til venstre er fra IVF og bildet til høyre fra Materialise).
Det er også behov for store individuelle variasjoner i ulike hjelpemidler som må tilpasses hvert enkelt menneske. For eksempel har skallet til den delen av et høreapparat som sitter i øregangen, tradisjonelt blitt laget ved å ta en avstøpning av øregangen og bruke denne avstøpningen som verktøy for å forme delen. Dette betyr at hvert eneste skall må lages individuelt og for hånd, noe som krever både mye tid og arbeid. For å slippe denne arbeidskrevende og dermed dyre prosessen, er det nå utviklet en metode som baserer seg på 3D-skanning og additiv tilvirking. Her skannes den første avstøpningen av øregangen, og fra den 3D-data som genereres, lages en digital modell av skallet som siden brukes for å tilvirke skallet i en additiv prosess. Modellen kan lagres elektronisk og benyttes når pasienten har behov for et nytt høreapparat. Dette forenkler produksjonen av nye skall for leverandøren, men forenkler også veldig mye for pasienten. Disse fordelene gjorde at denne metoden i løpet av tre år har utkonkurrert de konvensjonelle metodene for fremstilling av skall til høreapparater.
En tilsvarende situasjon kan observeres innenfor den dentale industrien. Additiv tilvirking har vist seg å være svært gunstig for tilvirking av dentale proteser, broer og implantater. Dette er små, geometrisk komplekse og individuelt formede gjenstander som enkelt kan bygges direkte i det riktige materialet ved bruk av en additiv maskin som ikke trenger overvåkning. Dette gir store fordeler i form av mindre manuelt arbeid og mindre feil fremfor å benytte en voksmodell for å lage en form til å støpe produktet. Siden mange enheter kan bygges samtidig i maskinen, blir produktiviteten til personell og utstyr mange ganger større. Implantatene som produseres med additiv tilvirking, får også en overflate som er godt egnet til påføring av et keramisk belegg slik at implantatet ser riktig ut sammen med naturlige tenner. Alle disse fordelene har fått dentalindustrien til å drive gjennom prosessen for godkjenning av slike implantater. Siden produksjonen av dentale implantater med additiv tilvirkning nå nærmer seg 10 millioner enheter årlig, er dette på god vei til å utkonkurrere tradisjonelt støpte implantater fra markedet (figur 7).
Figur 7 Tannproteser og dentale implantat kan produseres med additiv tilvirking (bilder fra EOS).
Additiv tilvirking anvendes også til implantater for andre deler av menneskekroppen. Pasienter som har vært utsatt for ulykker eller hatt sykdommer som har gitt skader på skjelettet, kan få implantater skreddersydd slik at de passer godt sammen med det naturlige bein i kroppen. Skreddersømmen tilpasses da ikke bare til formen på beinet som skal erstattes, men også til den biologiske funksjonen når vevet gror. Ved additiv tilvirkning kan materialet bygges med tilpasset ruhet og porøsitet slik at kroppens bein stimuleres til å vokse fast i implantatet. Prosessen og implantatene har fått CE-sertifikat i Europa, er godkjent av FDA (Food and Drug Administration) i USA og hos tilsvarende myndighet i Kina. Dette har medført at det i løpet av de siste årene – på verdensbasis – har blitt fremstilt titusentalls implantater årlig. Antallet har økt raskt og har i løpet av 2016 passert en årsproduksjon på mer enn 100 000 enheter.
Flyindustrien arbeider med relativt små produktserier hvor pålitelighet og vekt er kritisk. Dersom en vektreduksjon på én kilo for et trafikkfly representerer en årlig besparelse av drivstoff på ca. 3000 amerikanske dollar, gir all mulig reduksjon av flyets vekt både god miljøgevinst og god lønnsomhet for flyselskapet. Flyindustrien har lenge jobbet med additiv tilvirking for utvikling og produksjon av ulike deler til ubemannede fly og militærfly, men etterhvert også til vanlige gods- og passasjerfly. Som et eksempel kan nevnes at Boeing for passasjerflyenes temperatur- og ventilasjonssystem har tatt i bruk over 100 000 deler produsert med additiv teknologi. Mer enn 200 ulike komponenter i 16 av Boeings flytyper er helt eller delvis produsert med additiv tilvirking. Egentlig er dette i første rekke motivert av helt andre årsaker enn behovet for vektreduksjon. Komponenter som tidligere ble montert fra et tjuetalls enkeltdeler, kan ved hjelp av additiv tilvirking produseres i én enkelt operasjon. Det sparer både montering og behov for en mengde spesialverktøy for tilvirking av enkeltdelene. I tillegg til dette kommer vektreduksjon og forbedret kvalitet i det feilkilder elimineres, noe som medfører forenklinger og besparelser av vedlikehold.
Airbus har fått godkjent en ny versjon av en brakett til bruk i deres A350-serie. I stedet for den tidligere versjonen, som ble frest ut fra en blokk av aluminium, er den nye versjonen laget additivt fra titanpulver og konstruert slik at prosessen bare forbruker det materialet som er nødvendig for produksjonsprinsippet og ut fra den belastningen braketten utsettes for. Dette reduserer brakettens vekt med mer enn 30 % og det totale materialforbruket med over 90 %. Til tross for at titanpulver er om lag 100 ganger dyrere enn aluminium i blokk, og at additiv tilvirking er en dyrere prosess enn fresing, gjør disse fordelene additiv tilvirking av braketten til et lønnsomt produkt.
Bilderesultat for leap engine additive manufacturingFor den nye LEAP-motoren (figur 8) har GE Aviation utviklet et nytt brennstoffmunnstykke. 18 ulike deler i den gamle konstruksjonen er nå erstattet med én enkelt komponent som samtidig blir 25 % lettere. Det nye munnstykket forventes å fungere med betydelig høyere ytelse over en lengre tid. Tester viser opp til fem ganger lengre levetid for munnstykkene og opp til 20 % reduksjon i drivstoff-forbruk for hele motoren. Produksjonen av munnstykker og motorer er i gang, og til 2020 planlegger GE Aviation for en produksjonsvolum på minst 40 000 munnstykker per år. Fly med denne motoren er bestilt av flere flyselskaper, og for eksempel tok SAS sine første fly med LEAP-motorer i trafikk på slutten av 2016.
Figur 8 LEAP motoren og det nye brennstoffmunnstykket (bilder fra GE Aviation).
Additiv tilvirking gir mulighet for å produsere produkter av materialer som det er vanskelig å bearbeide med konvensjonell teknologi. Titaniumaluminid er en intermetallisk sammensetning av titan og aluminium som har god stivhet i kombinasjon med lav vekt, og som tåler høye temperaturer. Dette er viktige materialegenskaper ved konstruksjon av deler nær forbrenningskammeret i flymotorer. For turbinblader som normalt har vært fremstilt i temperaturbestandige nikkellegeringer, kan vekten halveres. Titaniumaluminid er imidlertid vanskelig å forme ved hjelp av konvensjonelle metoder, og dette fikk selskapet Avio til å vurdere bruk av additive prosesser. Resultatet ble faktisk bedre enn forventet. Titaniumaluminid viste seg være meget godt egnet for bruk i en additiv prosess. Dette gjør det mulig å optimalisere design slik at turbinbladenes vekt kan reduseres med 40 % sammenlignet med støpt titaniumaluminid. Dette fikk Avio til å bygge en ny fabrikk i Italia for produksjon basert på additiv tilvirking. Virksomheten ble senere oppkjøpt av GE Aviation som en del av deres strategiske satsing på additiv tilvirkingsteknikk.
Fordi additive tilvirkingsprosesser tilføyer materiale, kan det også brukes til reparasjon av produkter, noe som i mange tilfeller sparer materiale og tilvirkingskostnader i forhold til å lage helt nye deler. Et eksempel fra flyindustrien er lameller til en roterende tetning i Pratt & Witney-motorer. Når lamellene slites ut, bygges helt enkelt nye lameller i stedet for å skifte ut hele tetningen (figur 9). Dette forlenger tetningens levetid fra 10 000 til 50 000 timer. Per i dag har over 1200 tetninger blitt reparert og er i praktisk bruk i fly som går i trafikk over hele verden.
Figur 9 Reparasjon av lameller til tetting i en Pratt & Witney flymotor (bilder fra BeAM).
Listen over forskjellige områder og produkter hvor det har vist seg fordelaktig å ta i bruk additiv tilvirking, kan lett gjøres lengre. Teknologien finner stadig nye anvendelser, og et gjennombrudd innenfor ett område, kan medføre radikal forandring av markedet for et produkt i løpet av kort tid. I 2005 var andelen av skall til høreapparater produsert med additiv tilvirking mindre enn 20 % av verdensmarkedet. I 2008 passerte andelen 95 %. Selskaper som ikke deltok i denne omstillingen, forsvant fra markedet. Skallet er i seg selv en relativt liten del av den totale prisen for høreapparatet, men på grunn av de praktiske fordelene med å bruke additiv tilvirking, ble produktene til de selskapene som hadde tatt teknologien i bruk, langt mer konkurransedyktige. Dette viser at det ikke nødvendigvis er verdien av produktet som er avgjørende for et teknologigjennombrudd og hvilken effekt det har på markedet. Vi må se på helheten av teknologi, verdiskaping og forretningsmodell. Additiv tilvirking må ikke oppfattes som én teknologi som kun skal gjøre dagens produksjon raskere og billigere. Det er en hel familie av teknologier som åpner for å gjøre ting som ikke tidligere har vært praktisk mulig. Derfor ligger de største fordelene – og verdiskapingen – ved additiv tilvirking ikke først og fremst i selve bruken av teknologien, men i de nye produktene, og i forbedret ytelse til produkter som kan skapes.
Da Lego begynte å ta i bruk additivt tilvirkede verktøy til sprøytestøpningen av sine klosser, var det ikke fordi disse verktøyene skulle være billigere enn verktøy Lego hadde brukt frem til da. Det Lego hadde funnet ut, var at de optimaliserte kjølekanalene som kan legges inn i additivt tilvirkede verktøy, kunne forkorte syklustiden for sprøytestøpningen med 20–50 % samtidig som kvaliteten ble bedre og verktøyet fikk lengre levetid. Med de seriestørrelsene som Lego har til sine produkter, utgjør dette store summer.
Flyindustriens interesse for additiv tilvirking handler om behov for færre komponenter, enklere produksjonskjeder, forbedret ytelse, lavere vekt og redusert drivstofforbruk. Lavere drivstofforbruk betyr jo både kostnadsreduksjon og en miljøgevinst.
For en hørselsskadet eller en ortopedisk pasient er det egentlig ikke interessant hvordan hjelpemidler og implantater blir fremstilt, men at de kan få noe som er bedre tilpasset deres behov, og som kan gi dem bedre livskvalitet, er selvfølgelig uvurderlig. Slik blir bruk av additiv tilvirking en strategisk beslutning som kanskje ikke nødvendigvis reduserer produksjonskostnadene, men som fremfor alt forbedrer nyskaping og innovasjonskraft, og derfor er svært viktig på lengre sikt.
I likhet med annen ny teknologi kan additiv tilvirking oppfattes som et verktøy som lar oss lage ting vi ikke tidligere har kunnet lage. Dette åpner selvsagt mange muligheter for innovasjon av nye produkter og tjenester. Ny teknologi endrer samfunnet. Se bare på hva informasjons- og kommunikasjonsteknologi (IKT) har skapt av endringer siden 1970-årene, og hvordan smarttelefonene etter introduksjonen i 2008 har påvirket vår hverdag. Additiv tilvirking muliggjør fremstilling av helt nye ting, samt ting med en helt annen ytelse enn det vi har vært vant til siden den forrige industrielle revolusjon. Hvilken effekt dette innovasjonspotensialet vil få for samfunnet i et lengre perspektiv, er det naturligvis vanskelig å spå. Selv om noe er mulig å gjøre med additiv tilvirking, trenger det ikke å være en god idé. Vi kan ikke forvente at alle de spådommer og spekulasjoner de populære media har kommet med, vil gå i oppfyllelse. Samtidig vil vi sikkert oppleve at innovasjoner med additiv tilvirking utvikles på en måte som ingen hadde forutsett.
Det vi kan gjøre, er en kvalifisert vurdering av hvilke typer produkter de ulike additive tilvirkingsprosessene kan benyttes til. Det lar seg gjøre ved å se på hvilken metode som anvendes for å tilføye materialet, hva slags materiale som kan tilføyes samt hvilke bruksområder prosessen har vist seg egnet for. Det er for eksempel mulig å bygge vegger og gulv gjennom å legge strenger av betong oppå hverandre, men det er vanskelig å si om dette er tilstrekkelig for å konkurrere med dagens byggemetoder eller om en slik metode kan passe inn i den øvrige byggeprosessen. Byggebransjen og deres kunder er også ofte svært konservative med hensyn til hva som gjør at et hus blir sånn folk kan trives der. Det viktigste blir hva folk etterspør og hva de vil betale for. Det er mulig at additiv tilvirking blir en del av byggeprosessen i fremtida, men det gjenstår nok ennå mye forskning før vi kan forvente å kunne «3D-printe» drømmehuset vårt. Det har vært en del oppmerksomhet rundt «3D-printing» av biologisk materiale. Dette er ikke så komplisert i seg selv (levende celler kan deponeres på en kontrollert måte fra et munnstykke), men den kritiske utfordringen ligger i å få dem til å arbeide sammen som et fungerende organ. Dette er jo en fantastisk mulighet, men det krever ennå mye forskning innenfor medisin og biokjemi (og sikkert flere gjennombrudd i nobelprisklasse) før det blir en realitet. Det er imidlertid en mulighet av en slik betydning at vi neppe kan la være å utforske den.
Det er også spekulert i om vi i fremtiden vil «3D-printe» maten vi spiser. Det er faktisk mulig også i dag, og brukes til for eks. sjokolade, is, kaker og slikt, men det er forholdsvis dyrt og har ikke fått det store gjennombruddet. Det er selvfølgelig mulig å deponere spiselig materiale på en kontrollert måte, men da må vi også spørre oss hvorfor vi skulle gjøre det i stedet for å spise råmaterialet slik det er. Det er jo ikke slik at komplekse eller unike geometrier nødvendigvis er så viktig for maten vi spiser. Muligens kan dette bli en metode til å gi mat sammensatt av uvanlige råvarer en tekstur som gir en bedre følelse i munnen enn det råvarene ellers ville gi.
Om vi skal spekulere i hvilken betydning de maskiner som Chris Anderson (i Makers-boka si) kalte for «3D-printere» – additiv tilvirking-maskiner som utvikles for hjemme-/hobbybruk – kan komme til å få, må vi først stille oss spørsmålet hva folk flest faktisk skal bruke dem til. Slike maskiner er jo godt egnet til tilvirking av forholdsvis små, komplekse gjenstander i plast. Det er utmerket når vi har et slikt behov, men de vil neppe dekke alle behov for produkter som folk ønsker seg. For å bruke teknologien kreves det også at vi har tilgang på et ferdig design av det vi ønsker å lage. Nå finnes det for så vidt billig programvare for DAK-design og nettsider der vi kan kjøpe, selge og dele ulike design av produkter, men det er jo også et spørsmål om å lære å bruke programvaren, eller at det designet vi finner på nettet gir et godt nok resultat for det vi hadde tenkt å bruke produktet til.
På flere måter ligner denne typen av additiv tilvirkingsmaskin på en symaskin. Begge fungerer som et verktøy som gjør det mulig for privatpersoner selv å tilvirke ting som ellers kunne vært kjøpt ferdig. I begge tilfelle må vi ha et design i form av et mønster eller en 3D-modell, og i begge tilfeller er designet noe vi kan lage selv, kjøpe eller dele med andre. Maskinene gjør det mulig for brukeren å få et produkt som er helt tilpasset egne ønsker dersom han eller hun er dyktig nok til å håndtere verktøyene for design og fremstilling. I dette perspektivet blir den såkalte «maker-bevegelsen» egentlig nokså lik en klassisk syforening. Deltakerne hjelper og støtter hverandre med å designe og lage ting samtidig som de har det hyggelig sammen. Den store forskjellen blir da at syforeningen normalt er begrenset til tekstiler, mens «makers» er mer opptatt av å lage tekniske dingser.
Nå har symaskiner, stoff og mønster vært tilgjengelig for allmenheten i mer enn hundre år, men så langt har det ikke ført til at folk flest deler mønster og lager alle sine klær selv. Det kan da være på sin plass å stille spørsmålet om hvorfor det skulle bli annerledes med de såkalte «3D-printerne». Samtidig skal vi ikke undervurdere betydningen tilgangen til symaskiner faktisk har for folk. For mange er det et uunnværlig hjelpemiddel i hverdagen, for eksempel til reparasjoner og tilvirking av enklere ting som de har lyst på eller trenger i det daglige liv. Alle store klesdesignerne har sikkert startet med minst én symaskin. Vi kan nokk forvente at en bred tilgang til enklere additive maskiner, privat, gjennom foreninger og på skoler, vil gi en lignende effekt innenfor dette teknikkområdet, som det at enkelte personer har tilgang til symaskiner har betydd for dem selve, tekstilindustrien og samfunnet i stort.
Vårt samfunn og vår sivilisasjon utvikles gjennom de ting vi fremstiller og de teknikker vi benytter til det. Fra steinalder, bronsealder og jernalder til dagens digitale tidsalder settes forutsetningene for det liv vi kan leve av den teknologien vi har for å løse de utfordringene vi møter. Vår hverdag er preget av kunstig fremstilte ting, og de er i sin tur preget av de teknikkene vi har benyttet til å lage dem. Når vi introduserer en ny teknologi som radikalt forandrer spillereglene for hva som er mulig å produsere, og hvilken funksjonalitet som blir tilgjengelig, vil det i det lange løp også innebære en endring av samfunnet. Hva som vil skje når hele det kreative potensiale i additiv tilvirkingsteknologi frigjøres, kan vi bare drømme om, men for at vi i Norge skal oppnå de beste fordelene av denne teknologien, er det nødvendig at brukere og beslutningstakere på alle nivåer har tilgang til, og benytter seg av, virkelig kunnskap omkring hvordan additiv tilvirking faktisk fungerer.
Får ærespris for utvikling av banebrytende teknologi for å rasjonalisere høsting og ta bedre vare...
Automatiserte selvkjørende kjøretøy, såkalte autonome, førerløse kjøretøy, eller robotkjøretøy, er...
Norge var tidlig ute som robotnasjon med Trallfa-roboten, som ble lansert i 1966, og som ble...
Teknologi endrer samfunn, noe som knapt nok er en nyhet. Om vi betrakter alt som er oppfunnet...
Boken Det nye digitale Norge er en artikkelsamling som gir en oversikt over hvordan digitalisering...
Dette møtet tar opp Norges ambisjoner om utvinning av havbunnsmineraler og stiller spørsmålet om...
The Academy of Engineering in Poland (AIP) inviterer til webinar om offshore wind.
NTVA, GEAN og GCE Node inviterer til et felles seminar om geotermisk energi med særlig fokus på...
Det er ingen kommentarer her enda.
Du må logge inn for å kommentere.