Er 3D-print en grøn teknologi – og hvornår?

3D-print rummer et stort potentiale for at hjælpe den grønne omstilling på vej, men det er vigtigt at skelne fakta fra fiktion og fokusere på, hvor den virkelige værdi ligger. Det hjælper Jeppe Byskov fra Teknologisk Institut med herunder, hvor han stiller skarpt på konkrete grønne applikationer – og advarer mod at tegne et alt for lyserødt billede.

Den grønne omstilling står højt på dagsordenen i en række industrier i Danmark – og det med rette. CO2-reduktion, energioptimering og grønne tiltag er en fælles opgave, og det kræver en fælles indsats, hvis vi skal nå de danske mål om at reducere CO2 udledningen med 70 % inden 2030. I den forbindelse er der rigtig meget snak om, at 3D-print teknologien kan bidrage til den grønne omstilling - og det er der ingen tvivl om, at den kan.

Desværre er der mange (udokumenterede) postulater i omløb, og der er en tendens til, at dem der råber højest, er dem der høres mest – det risikerer at skygge for det virkelige potentiale og ikke mindst indfrielsen af det. Fx hører vi ofte, at 3D-print er en fantastisk grøn teknologi, fordi du kan producere lokalt og kun bruger den mængde materiale, der indgår i processen. Det er jo ikke decideret forkert, men det er et meget fragmenteret billede, der præsenteres, hvor man kigger på en meget lille del af potentialet.

Først: fokus på fakta

På Teknologisk Institut har vi et skarpt fokus på at dokumentere, hvorfor 3D-print er en grøn teknologi, og i hvilke tilfælde den er det - og ikke er det. Er det fx i selve fremstillingen, eller er det i højere grad i brugen af den 3D-printede komponent? Og hvad kan vi gøre for at teknologien bliver endnu grønnere? Det er interessante spørgsmål at undersøge. Lige nu er der stadig stor usikkerhed, og der vil vi gerne tættere på noget faktabaseret. Det er vi forpligtet til qua vores position og vores erfaring – at være dem, der betragter hele værdikæden og konkluderer på en videnskabelig baggrund. Det kunne fx være gennem livscyklusanalyser på konkrete produkter gennem hele deres levetid.
Lad os hjælpe dig med 3D-print produktion

Ultimativt kunne jeg godt tænke mig, at vi inden for fremstilling fik en mærkning, som viser, hvor energirigtig fremstillingen af en komponent er – på samme måde som fx køleskabe har en A, B, C mærkning. Jeg fornemmer, at det aspekt er vigtigt for mange virksomheder; det er ikke bare prisen, men også hvor grønt produktet er. Virksomheder som LEGO, Grundfos og Danfoss har jo dedikerede mål om at være CO2-neutrale eller reducere deres udledning, så det betyder, at de kigger på udledningen ved fremstilling eller drift af komponenter – hvis ikke på lige fod med de økonomiske aspekter, så tæt på. Den udvikling vil vi gerne være med til at understøtte.

3D-print effektiviserer driften

På Teknologisk Institut vurderer vi, at den helt store gevinst ved 3D-print ligger i driften – det at vi kan fremstille komponenter med en væsentlig højere ydeevne. Det klassiske eksempel er konform køling, som bruges til køling af fx værktøjer og motorer eller højere ydende dyser til fly. Her kan man opnå nogle meget direkte energiforbedringer med 3D-print, og da driften typisk står på i mange år, hentes den primære energifortjeneste ind her.

Vægtoptimering er et andet godt eksempel, hvor fx fly- og bilindustrien kan opnå store brændstofbesparelser på den lange bane. Lidt mere overraskende er det måske, at varmevekslere og kølelegemer også kan optimeres med 3D-print, men det er et område, vi har fokus på. Blandt andet i Easy-E projektet, hvor vi tager en håndfuld industriprodukter fra forskellige brancher og viser, at vi kan lave helt nye business cases og energiforbedringer ved hjælp af topologi- og designoptimering.

En rapport fra EA Energianalyse bekræfter, at der er stort potentiale i energieffektive løsninger – ikke kun de 3D-printede af slagsen. Her fremgår det, at denne type løsninger kan spare samfundet for en ekstra-regning på omkring 14 mia. kr. frem mod 2030, hvor målet om 70 % reduktion af CO2-udledningen skal indfries.

Grøn omstilling, sort bundlinje – de gode eksempler

Som sagt er det også inden for energieffektivisering, at jeg ser det helt store potentiale for 3D-print. Teknologien giver netop størst værdi, når vi tænker i optimeret produktfunktionalitet. Med designfrihed og en kort udviklingstid giver 3D-print en række muligheder for at lave mere energirigtige produkter, som ikke bare giver gevinst på bundlinjen, men som også understøtter den grønne omstilling. Her er tre konkrete eksempler:

• Energi- og effektoptimering: Med 3D-print kan du lave frit designede indvendige kanaler, for 3D-printeren er ligeglad med, at geometrien bliver mere kompleks. Det betyder, at du fx kan lave varmevekslere, køleplader eller hydraulikblokke, der både er mindre, lettere og mere effektive. Vi har fx re-designet et hydrauliksystem til 3D-print, hvor vi helt undgik rette vinkler i de indvendige hydraulikstrømme. På den måde blev tryktabet reduceret med 25 %, mens vægt og volumen blev sænket med henholdsvis 95 og 90 %.
• Topologioptimering: Med topologioptimering fjernes alt det materiale, der ikke har betydning for et emnes egenskaber, så du står tilbage med en knoglelignende struktur. Herved kan du reducere materialeforbruget yderligere, så printtiden bliver kortere, og det betyder, at prisen bliver lavere. Sammen med Boeing har vi tidligere lavet topologioptimering af en flykomponent, som førte til 35 % vægtreduktion - fra 310 til 200 gram. Samtidig betød optimeringen, at komponenten blev belastet mindre pga. bedre stressfordeling. Det resulterede desuden i mere bæredygtig flyvning, eftersom vægtreduktionen forbedrede brændstoføkonomien med 2 millioner Euro over flyets levetid, samtidig med at CO2-udledningen blev reduceret. Lignende fordele vil kunne opnås i fremstillingsindustrien. 3D-print har i øvrigt betydet, at Boeing kan fremstille reservedele on site og on demand, så de undgår ventetid og reducerer lagerbindingen, og det leder over i mit sidste eksempel.
• Præcise styktal: Med 3D-print kan man undgå spildproduktion og stor lagerbinding ved at producere mere præcise styktal. Produktionsfleksibiliteten er stor, og både omstillings- og leveringstiden er kort, mens prisen ikke bliver mærkbart højere ved mindre serier. Det kan især være en fordel for mindre virksomheder, som kan køre med on-demand produktion eller bruge 3D-print i ramp-up processen.

Potentialet er der – men husk hele regnestykket

Lad os kort vende tilbage til eksemplet med reduceret materialeforbrug og lokal produktion, som jeg nævnte i starten. Det er rigtigt, at man i selve fremstillingen kun bruger det materiale, der indgår i produktet i modsætning til fx fræsning, hvor du fræser en stor procentdel af blokken væk – så det er positivt. MEN hvis vi kigger på de pulverbaserede 3D-print metoder, som er meget udbredte til industrielt brug, så er det altså meget energikrævende at lave pulveret.

Man starter med et solidt materiale, som man så smelter og bombarderer med partikler, hvorved det bliver til pulver. Pulveret skal så smeltes sammen igen i 3D-printeren til det ønskede emne – så det er både frem og tilbage for at ende det samme sted. Det er ikke energimæssigt optimalt, og det skal vi have med i overvejelserne, når vi gør det store regnestykke op i forhold til, hvor energieffektiv en 3D-printet komponent er.

Så er der potentialet for mere lokal fremstilling, hvor vi kan sælge eller distribuere digitale filer og fremstille emner på 3D-printere lokalt. Hvis vi holder det op mod den ekstreme modsætning, hvor råstoffet udvindes i Afrika, sendes til Kina for fremstilling og herefter sendes til lager i Europa for så at blive solgt til USA, så er det rigtigt, at der er et potentiale. Men det potentiale er der jo også med mere traditionelle fremstillingsmetoder, så det er ikke unikt for 3D-print. 

Men de gode – og unikke – fordele er der, og på Teknologisk Institut har vi allerede set flere virksomheder, der skaber værdi og konkurrencemæssige fordele gennem energieffektivisering med 3D-print. Så gå bare i gang med at tænke grønt - det kan hurtigt betalte sig.