Bygg stort, tänk större

Denna utveckling utmanar våra gamla idéer om hur vi bygger, designar och producerar saker. Arkitekter, ingenjörer, designers och forskare upptäcker alla att additiv tillverkning, eller 3D-printning i dagligt tal, öppnar upp nya möjligheter inom form, funktion och hållbarhet.

Så, betyder det att det är ett verktyg för alla?

– Ja och nej. Men jag skulle säga att många sektorer, från små företag till stora multinationella företag, verkligen skulle kunna dra nytta av att utforska dess potential. Och ärligt talat, om du redan har en industrirobot, är det inte så svårt att omvandla den till en 3D-printer, säger Marie-Louise Bergholt, verksamhetsledare för Applikationscenter för additiv tillverkning (AM-center) hos RISE.

Vad robotstyrd 3D-printning kan göra

Robotstyrd 3D-printning bygger på programmerbara robotarmar som noggrant placerar strängar av material – såsom betong, polymerer, kompositer eller till och med organiska ämnen – i specifika mönster. Till skillnad från traditionella "subtraktiva" tillverkningsmetoder bygger additiv tillverkning lager på lager och använder endast den mängd material som krävs. Resultatet? Former, design och strukturer som tidigare var omöjliga eller extremt dyra att skapa.

Denna flexibilitet är mer än en teknisk fördel – den banar väg för nya sätt att tänka. Tekniken möjliggör en helt annan typ av produktion av flera meter stora strukturer, såsom båtar, byggnader, broar eller möbler. Dessutom öppnar den upp för ökad cirkularitet. 

– Vi slänger enorma mängder möbler idag. Möbler skeppas över hela världen, används bara i några år och kastas sedan bort. Med 3D-printning kan möbler tillverkas på beställning, vilket minskar energiförbrukningen i lagerhantering och behovet av att rea ut osålda varor – något som annars kan driva på överkonsumtion. Dessutom gör tekniken det möjligt att skicka en digital fil till en lokal leverantör, vilket ersätter långväga transporter och möjliggör produktion närmare kunden, berättar Johanna Vesterberg, grundare av Normada Open Source Furniture.

Den första produkten Normada skapade med hjälp av robotstyrd 3D-printning var en återvinningsbar soffa, som fick namnet The Nest (bild 2 i bildspelet nedan). Soffan tillverkades av biokomposit gjord av olja och cellulosa från nordiska tallar, och utvecklades tillsammans med AM-center hos RISE. Johannas ambition var att den i mångt och mycket skulle se ut som den handgjorda modellen i trä.

– Vi visste att den skulle sticka ut. Vi ville utmana branschen och visa att det går att 3D-printa möbler i skandinavisk design, utan att de ser så där futuristiska ut som 3D-printade möbler ofta gör annars.

Nya och framtida möjligheter

Sedan Johanna Vesterberg designade The Nest har tekniken utvecklats betydligt, och Normada har, tillsammans med ett växande antal företag från olika branscher, fortsatt att utforska möjligheterna med robotprintning hos RISE.

Under tiden har AM-center integrerat avancerad programvara, förfinat både metoder och material samt utvecklat en sammanhängande process för printning och efterbearbetning. RISE har även nyligen öppnat en ny test- och demonstrationsanläggning som är helt inriktad på 3D-printning med betong.

– Eftersom vi inom RISE redan hade stor erfarenhet av robotprintning för polymerer och kompositer, samt tillgång till avancerade verktygsbanor och automatiserad kvalitetssäkring, har testbädden för betongprintning kunnat sättas upp snabbt och effektivt. Det faktum att vi nu kan skriva ut större strukturer med fler materialtyper öppnar upp för helt nya funktionella och hållbara bygglösningar, berättar Ojas Arun Chaudhari, projektledare inom materialdesign på RISE.

– Till skillnad från polymerbaserad printning har dock betongprintning större utmaningar inom bland annat reologi, hydratiseringskinetik och tidsberoende beteende, vilket kräver processkontroll i realtid. Eftersom betong inte kan smältas om, som termoplaster, påverkar härdningstiden både skiktbindning och byggbarhet, fortsätter han.

Ett av de företag som snabbt tog chansen att prova betongprintning var den svenska producenten av betong- och naturstensprodukter, Benders.

–  Vi ser stor potential i 3D-printning. Eftersom det finns ett antal komplicerade produkter inom rör och brunnar, undersöker vi hur denna teknik kan hjälpa till att lösa dessa utmaningar. Benders tillverkar också en rad andra produkter, såsom takpannor, marksten, plattor och prefabricerade element. Vi kommer utvärdera det nuvarande projektet för att avgöra om tekniken kan vara applicerbar inom något av dessa områden, säger Kjell Ryberg, teknisk chef på Benders, och fortsätter:

–  3D-printning är en viktig del av vår utveckling, men det är också viktigt att titta på den betong som används, med hänsyn till produkternas framtida exponering.

Woodrow Wiest, forskningsingenjör vid AM-center hos RISE, håller med Kjell Ryberg. Materialegenskaper spelar en avgörande roll för hur effektiv storskalig additiv tillverkning är.

–  Robotbaserad additiv tillverkning är verkligen imponerande, särskilt med tanke på att tekniken fortfarande är i ett tidigt utvecklingsskede. Vår forskning bidrar till att driva denna utveckling framåt genom att fokusera på samspelet mellan robotik, processplanering, materialegenskaper och hållbarhet, samtidigt som vi håller ett vakande öga på marknaden. Inom en snar framtid, och i takt med att tekniken mognar, tror jag att vi kan förvänta oss att se robotar användas för printning inom allt fler industrier, säger han.

Ett nytt sätt att tänka

Även om robotstyrd 3D-printning fortfarande kan kännas som ett nytt och oprövat område, är det en teknologi som rymmer stor potential. För alla som arbetar inom bygg, design, arkitektur, tillverkning eller konst, erbjuder tekniken en chans att utforska och testa gränserna för vad som är möjligt. Genom att utmana traditionella tillverkningsprocesser går det att skapa både lättare, starkare och mer komplexa former med mindre materialspill och lägre miljöpåverkan.

På RISE har vi bred expertis inom allt från materialutveckling och hållbar produktion till samhällsbyggnad och bioekonomi. Genom att samarbeta med företag och organisationer från olika sektorer har vi möjligheten att utveckla robotstyrd 3D-printning ytterligare, och hitta nya tillämpningsområden.

RISE välkomnar företag från alla branscher att utforska hur robotstyrd 3D-printning kan påverka framtidens tillverkning. Tveka inte att kontakta Marie-Louise Bergholt, verksamhetsledare för AM-center, eller Ojas Arun Chaudhari (för frågor gällande 3D-printning i betong) om du vill veta mer.