Utvikler ny 3D-print teknologi

I laben ved campus Porsgrunn jobbes det med å utvikle nøyaktig 3D-printing uten bruk av varme. F.v: Stein Helleborg (faglig oppdragsansvarlig), André Vagner Gaathaug (førsteamanuensis/forsker HSN), Lasse Gumpen (innehaver Kraemer AS), Joachim Lundberg (førsteamanuensis/prosjektleder HSN). Foto: Jan-Henrik Kulberg
I laben ved campus Porsgrunn jobbes det med å utvikle nøyaktig 3D-printing uten bruk av varme. F.v: Stein Helleborg (faglig oppdragsansvarlig), André Vagner Gaathaug (førsteamanuensis/forsker HSN), Lasse Gumpen (innehaver Kraemer AS), Joachim Lundberg (førsteamanuensis/prosjektleder HSN). Foto: Jan-Henrik Kulberg

Når girkassen på bilen din er gåen, må bilverkstedet bestille en ny fra produsenten, og den må sendes den lange veien til Norge med båt eller bil. Hva om verkstedet kunne lage en ny, eller reparere den gamle med rask og rimelig 3D-printing av metall?


Et forskningsprosjekt ved Høgskolen i Sørøst-Norge ser på en metode for 3D-printing, som kan endre måten varer produseres på.

Cold Dynamic Spray (CDS) ble utviklet på 80-tallet i Sovjetunionen, og baserer seg på å skyte mikrometer-store partikler på en overflate, slik at de fester seg til hverandre og danner et fast materiale. Forskjellige gasser brukes til å akselerere partiklene til over 600 meter per sekund. Det er godt over lydens hastighet. 

Porsgrunnsfirmaet Kraemer AS leder forskningsprosjektet sammen med HSN, og det er finansiert av Oslofjordfondet. (Oslofjordfondet er et regionalt forskningsfond.  Slike fond ligger under fylkeskommunene, og midlene er gitt fra Kunnskapsdepartementet direkte til fylkene).

Mindre enn en millimeter

Utfordringen med CDS har vært, og er fortsatt at partikkelstrømmen har så stor spredning, og at den dermed blir for unøyaktig til 3D-printing. 

- Det vi jobber med, er å få en nøyaktighet på under en millimeter. Det er likevel grovt i 3D-printing sammenheng, sier førsteamanuensis André Vagner Gaathaug ved HSNs Institutt for prosess-, energi- og miljøteknologi på campus Porsgrunn.

Som medlem av forskningsgruppen "Telemark Process Safety, Combustion and Explosion Laboratory"  er han ekspert på gassdynamikk, og bruker avanserte optiske metoder for å kunne se partikkelstrømmen. 

- Utstyret her på campus kan ta opptil fem millioner bilder i sekundet. Det har vært mye utlånt til forskningsmiljøer i utlandet, men nå bruker vi det i dette prosjektet, sier Vagner Gaathaug.

Raskt, rimelig og fleksibelt

I dag finnes det mange typer teknologi for 3D-printing, en av mest vanlige er selektiv laser sintering, hvor laser benyttes til å varme opp og smelte fine partikler til hverandre og danne solid metall. Andre typer trykker ut tråder som smelter på hverandre. Mulighetene er mange og utviklingen går raskt.

Felles for de fleste teknologiene er imidlertid at det går forholdsvis sakte, og at det er kostbart å produsere produkter. Derfor benyttes de gjerne til prototyper og tester. Mange 3D-printløsninger er også begrenset til kun ett materiale.

- Fordelen med CDS sammenliknet annen teknologi, er muligheten til å bygge mye materiale på kort tid. Det er også veldig gunstig ved at det er material-uavhengig, slik at alle duktile (formbare) materialer kan sprayes på hverandre. Man kan for eksempel spraye et lag med kobber på et annet metall, eller man kan sprøyte forskjellige typer plastikk. Det er heller ikke behov for mye varme, noe som er gunstig hvis man ønsker å 3D-printe aluminium og kobber.

Først en skikkelig lab

Målet er i første omgang å bygge et laboratorium for å teste ulike teknologier knyttet til CDS. På lengre sikt ønsker Kraemer AS å utvikle 3D-print teknologi som skal være rimelig i bruk og innkjøp, slik at mange aktører kan produsere sine egne produkter både rimelig og raskt.

Her er det printet en kobberring. Foto: Jan-Henrik Kulberg
Slippe delelagre og lang transport

Gründer og daglig leder Lasse Gumpen jobber med import og salg av maskin deler, og ble klar over denne teknologien i 2012.

- Jeg så umiddelbart at teknologien trolig kunne brukes innen additiv produksjon. Jeg leste meg opp på fagfeltet, og etter hvert som det ble økt fokus på landbasert industri i Norge etter oljesmellen, tok jeg kontakt med virkemiddelapparatet i Telemark for å se om det fantes interesse for å utvikle teknologien. Det personlige engasjementet kommer nok av at jeg daglig ser hvor skoen trykker: Norge er et lite land og et lite marked. Dermed er det ofte ulønnsomt å sitte med store delelagre for å sikre raske leveranser og høy kundetilfredshet. Samtidig er det dyrt å frakte reservedeler og komponenter fra utenlandske produsenter. En løsning med lokal produksjon av metallkomponenter vil derfor ha mye for seg i Norge.

Fruktbart partnerskap

Gumpen er ikke i tvil om denne metoden for 3D-printing vil være etterspurt, og har ambisjon om norsk produksjon av metall-3D-printere for internasjonal industriell produksjon.

- Vi håper å ha et system for enklere applikasjoner klart i 2020 og fullverdige systemer 2 år senere.

Han sier samarbeidet med det teknologiske fagmiljøet på HSN har vært avgjørende for å realisere prosjektet.

-Teknologien er basert på ganske avansert fluidteknologi, og vår personlige kompetanse strekker ikke til. I tillegg gir samarbeidet med HSN oss tilgang til kostbart måleutstyr, som er helt nødvendig for å kunne utvikle teknologien i den retning vi ønsker.

Brukes i romfart

Cold Dynamic Spray brukes i dag blant annet som teknologi på romstasjoner, men kostnadene er da svært høye.

Dette prosjektet retter seg mot små og mellomstore bedrifter innenfor tradisjonelle fagområder.  

CDS skjer ved additiv produksjon, som betyr å starte med et lite emne for så å legge på metall. Tradisjonelt starte man ofte med et stort emne for så å frese bort.

En av utfordringene med eksisterende teknologi er nøyaktigheten til 3D-printingen. Dette kombinert med mikroskopiske partikler og hastigheter langt over lydhastigheten er blant utfordringene forskerne ved høyskolen står overfor.

Partnerskap med næringslivet

HSN har som strategi å videreutvikle og styrke samhandling med næringslivet. Det gjelder både i utdanningene og i forskning, utvikling og innovasjon.  Les mer om dette hos HSN Partnerskap