LØRN case C0103 -
LØRN. RESEARCH

Tor Dokken

Forskningssjef

Sintef

Additiv produksjon

I denne episoden av #LØRN snakker Sunniva med sjefforsker i SINTEF Digital, Tor Dokken. I SINTEF Digital arbeider Tor med beregning av informasjon og geometri ved bruk av såkalte splines, bedre kjent som stykkvise polynomer. I 2014 startet Tor med et EU-prosjekt hvor de kombinerte nye metoder for geometribeskrivelse og simulering med additiv tilvirkning. I episoden kan du høre om kjemien og fysikken som ligger bak en 3D-printer, samt hvorfor dette spiller en viktig rolle for kvaliteten på det ferdige produktet.
LØRN case C0103 -
LØRN. RESEARCH

Tor Dokken

Forskningssjef

Sintef

Additiv produksjon

I denne episoden av #LØRN snakker Sunniva med sjefforsker i SINTEF Digital, Tor Dokken. I SINTEF Digital arbeider Tor med beregning av informasjon og geometri ved bruk av såkalte splines, bedre kjent som stykkvise polynomer. I 2014 startet Tor med et EU-prosjekt hvor de kombinerte nye metoder for geometribeskrivelse og simulering med additiv tilvirkning. I episoden kan du høre om kjemien og fysikken som ligger bak en 3D-printer, samt hvorfor dette spiller en viktig rolle for kvaliteten på det ferdige produktet.
Facebook
Twitter
LinkedIn
Email

14 min

Choose your preferred format

Velkommen til Lørn.Tech – en læringsdugnad om teknologi og samfunn med Silvija Seres, Sunniva Rose og venner.


SR: Hei! Du lytter til Lørn. Tema i dag er 3D-printing og med meg i dag for å lære meg og deg som lytter mer om 3D-printing har jeg Tor Dokken som er sjefsforskrer – forskningsleder - for gruppen for geometri i SINTEF Digital avdeling for matematikk og kubernetikk. Velkommen hit!

TD: Tusen takk!

SR: Litt lang intro der.

TD: Ja.

SR: I da SINTEF Digital; holder kanskje å bare si SINTEF Digital?

TD: Eller bare si SINTEF.

SR: På SINTEF. Hva er det dere gjør på 3D printing?

TD: SINTEF gjør mye forskjellig innenfor forskjellige fagavdelinger. Du har materialfolk, du har prosessfolk, du har folk som tenker på bygg og anlegg. Jeg er mest opptatt av den digitale -, matematiske - og simuleringsstøtten for 3D printing.

SR: Hva mener du med det?

TD: Ja, man er jo veldig opptatt av ytre form som regel med 3D printing.

SR: Altså, hva er objektet du printer?

TD: Ja, men jeg er veldig opptatt av de indre kvalitetene. Hvordan beskriver vi de slik at det går ann å forstå fysikken og den kjemien. Det som foregår.

SR: Når du sier de indre kvalitetene mener du faktisk det digitale; ikke det som er på innsiden av objektet? Du mener filformatet?

TD: Nei. Nei, jeg tenker representasjonen av det som foregår innvendig.

SR: I maskinen?

TD: Nei, inne i objektet når du printer det - eller kvaliteten på det ferdige objektet . For hvis man har tradisjonelle produksjonsmetoder så går man ut ifra at det er den samme kvaliteten tvers igjennom objektet.

SR: Ja nemlig. Det er fast. Det er samme tetthet…

TD: Samme tetthet; ikke variasjon av egenskapene i forskjellige retninger.

SR: Samme egenskap gjennom hele. På vanlig støpt er det samme kvalitet på egenskapen gjennom hele objektet, mens det er det ikke når det er 3D printet.

TD: Ja. Eller det er kanskje varierende kvalitet, men det betyr ikke mye. Men med 3D printing så blir det store variasjoner. Og hvis man driver med totalprinting sånn lagvis - hvor laser beveger seg over - så er det jo faseskift fra pulver til flytende til størknet i løpet av nanosekunder i prosesser som går over timer og kanskje døgn.

SR: Ja, nemlig. For nå beskriver du da at man 3D printer med metall. Og metallet er som pulver.

TD: Ja.

SR: Det går inn i selve den…

TD: Ja, det er forskjellige teknologier. Én er at man legger et lag med pulver så kommer en laser og varmer opp og smelter. Så blir det lokalt flytende og så størkner det.

SR: Og det går bare på luften som kjøler det ned?

TD: Ja, mye av kjølingen går nedover i metall pulveret og det printede objektet. Så det er veldig viktig å ha kontroll på hvordan dette kjøles.

SR: Der kommer fysikken og kjemien?

TD: Ja, der kommer fysikken og kjemien inn. Det ene er jo det som skjer da i nanosekundet og det andre er jo hvordan varmen ledes vekk. Du kan få veldig store termiske spenninger som risikerer at hele saken knekker.

SR: Ja, for dette med hvordan ting kjøles ned hvor fort og hvor sakte, om det endring og sånt, kan jo veldig mye å si for kvaliteten til da det endelige materialet og det er sterkt eller sprøtt eller seigt eller alle disse tingene her?

TD: Hvis det ikke blir varmt nok opp, risikerer du at det blir en lomme med pulver som svekker det.

SR: Ja, det er veldig dumt.

TD: Eller hvis det blir for høy varme så ødelegger også det egenskaper. Når man da har printet objektet hvis man ikke har tatt hensyn til dette i planlegging så risikerer man at det bøyer seg før man får tatt ut spenningene. Så får man sprekker og så må man bare kaste hele objektet.

SR: Jeg er jo fysiker, så jeg synes jo dette er kjempe spennende. Vi er ordentlig sånn nerdete opptatt av dette her! Hvordan er det det du jobber med det; er det er eksperimentell til jobben eller er det med simuleringer eller hvordan er det du…?

TD: Det Jeg jobber med er egentlig geometrisk matematisk beskrivelse. Hvis man ser på de programvare når man har en dataassistert konstruksjon som er de ideene som han hadde på 80 tallet, da beskriver man bare ytterflaten til objektet.

SR: Altså hvordan det ser ut?

TD: Ja. Man antar at alt er likt innvendig. Nå må vi beskrive det innvendige og kunne være i stand til å beskrive egenskapene i hvert punkt. Og der har vi blant annet nå påvirket standarden på kvadrepstasjoner med mange computer-aided design reparasjoner, ISO standarder, som vi prøver å forberede for det som kommer. Så vi prøver rett og slett å påvirke de som levere i dataassistert konstruksjon til å bevege seg i en bedre matematisk retning,

SR: Nemlig. Så det vil si at det som kommer – da tenker jeg - de nye anvendelsene av 3D-printing?

TD: Det ene er jo det at du må styre selve designprossessen mye mer av simulering. Av fysiske egenskaper. Ikke sånn som du gjør i dag i konstruksjonsystemer hvor du flytter på linjer, men du setter opp randbetingelser at ”her skal du kontakt her og her”, og beskrive de fysiske egenskapene du ønsker som overlates da til et avansert dataprogram og beregne formene for de ikke kritiske kontaktpunktene.

SR: Du må gjøre en avansert simulering hvor du putter inn alt du vet om fysikken og kjemien og så tar du og utfordrer dette objektet?

TD: Ja. Det er mye som skal gjøres der, men jeg jobbe med det grunnleggende bare rett og slett å kunne beskrive dette matematisk.

SR: Det er starten?

TD: Ja. Jeg har ledet nå et stort EU-prosjekt som kanskje er én av de få som har gått fra matematisk digitaldesign. Og da har vi greid å koble ting sammen på en ny måte.

SR: Hva mener du med å koble sammen på en ny måte?

TD: Hvis du da går fra computer-aided design over til simulering så er det masse manuell håndtering av dataformater. Du går fra en dårlig skallbeskrivelse til en volumetrisk eksakt med dårlig geometri utvendig. Men vi greier å gå fra en god geometrisk modell og direkte over i beregninger som gjør at hele denne simuleringsoptimaliseringen i framtiden vil kunne gå mye-mye raskere.

SR: Men det er jo viktig hvis dette skal brukes til noe. Man snakker om at man kan printe ting fortere, man kan printe mye og alle disse tingene her. Hva tenker du når det kommer 3D-printing; hva er negativt eller kontroversiell rundt 3D-printing?

TD: Jeg føler ikke at det er veldig mye negativt om kontroversielt.

SR: Vanskelig?

TD: Ja, vanskelig. Det er vanskelig å bruke fordi at; ja, du kan bruke et designverktøy, men ingen ting henger sammen. Så, hva skal man si, det er et veldig dårlig digitalt lim.

SR: Folk flest da - mannen i gata som har lyst til å prøve 3D-printing. Kanskje gå å scanne et eller annet og få printet det i plastikk. Det er som å få et bilde egentlig bare at det er printet i 3D. Du bryr deg egentlig ikke om det tåler noen ting.

TD: Ja. Og der finnes det løsninger i dag. Men skal du ha industrielle produkter som skal vare i tredve år som…

SR: Som skal brukes på en oljeprattform liksom.

TD: Ja, kritiske deler i bil – og flyindustri, så kreves det helt andre egenskaper og helt annet verifikasjon av at dette virker.

SR: Da får man jo lyst til å spørre deg hvorfor vi skal gjøre det i det hele tatt? Vi har jo egentlig ting som fungerer. Vi bygger jo fly og biler i dag. Så hvorfor skal vi gå veien med å 3D printe da?

TD: Altså en stor utfordring for flyindistrien er at du om tyve-tredve år ikke har jet-fly lengre. Du kommer til å ha elektriske fly. For de store flyprodusentene er jo dette en veldig stor utfordring. Dagens fly som Dreamliner i forhold til hva du hadde for 30 år siden – Dreamline det første flyet som er en har ping pong ball vekt på en måte. Det er lettere i volumet i forhold til en ping-pong ball.

SR: Er det det?

TD: Ja!

SR: Åh, det hadde jeg ingen ide om! Åj, så kult. Nå ble jeg helt satt ut. Jeg vil jo si at det ikke virker som at det har skjedd så mye. De ser jo helt like ut. Det virker jo likt. Men da er det jo…

TD: Jeg fikk en omvisning i Bowing på det store flyfabrikken nord for Seattle hvor du har linjer av Dreamlinere og alle mulige andre fly. Og tykkelsen er kanskje – jeg husker ikke – en til to centimeter på skallet på Dreamliner.

SR: Nå ble jeg veldig misunnelig. Jeg vil også ha en omvisning. Men tilbake til 3D printingen. Hvis du kan bevege deg ut til hele verden. Hva er dine favoritt eksempeler eller favoritteksempelet på 3D-printing.

TD: Jeg har jo ikke egentlig lagdet eksempel i selv, men dette EU-prosjektet mitt har jo hatt to use cases; én som en sprøyte -tøpeform hvor vi har dokumentert at vi har samme funksjonalitet,

men den er 12 prosent mer effektiv når det gjelder selve sprøytestøping prosessen. Det vil si at du vil lage 12 prosent mere deler på samme tid i maskinen. Og det er som en av de andre podcasten her snakket om: kjølesystemer. Blant annet.

SR: Ja, hvordan det kjøles?

TD: Ja, effektiv kjøling. Og hvordan man legger inn hulrom kontollert som gjør at kjølesystemet blir mer effektivt.

SR: Som sagt så går 3D-printingen ut på at du varmer opp og kjølet ned – og at det skal skje på en effektiv måte.

TD: Der er selve verktøyet dyrere, men effektiviteten større, så man vinner. Det andre eksempelet er en spesiell mutating gearbox som man…

SR: Hva for noe sa du?

TD: Dere må se på en video som ligger på World Wide Web.caxman.eu

SR. Så caxman.eu?

TD: Ja, og der ligger det to video om disse. Det er en veldig spesiell girboks med en veldig styrke. Brukt mye i romindustri. Og 3D-printing kontra gnisterosjon og de tradisjonelle teknikkene ble 30-40 prosent av produksjonskostnadene spart.

SR: Gnisterosjon?

TD: Ja, det er en spesiell teknikk hvor du lager et verktøy som presses ned i metallet og så smeltes det unna.

SR: Men da er det ikke additivt?

TD: Nei, det er ikke additivt. Det er teknikken de har brukt før. Og det er veldig dyrt.

SR: Jeg må bare si siden vi ikke har sagt det, men additiv er vel det generelle ordet på 3D-printing egentlig?

TD: Ja. I standariseringen så er egentlig 3D-print et varmerke som alle bruker. Og da for å være nøytrale, så har man i denne ISO-AMF standarden altså definert additiv manufacturing. Det inneholder blant alle disse forskjellige prossessene og teknologiene.

SR: Du har sagt at du har en veldig fin mental modell for dette med additive manufacturing. At du i naturen så er det som veps som bygger.

TD: Veps som bygger vepsebolet sitt bit for bit. Det er eksempelet jeg har fått fra kollega, Klas Boivie, som er den som har jobbet mest i Norge med 3D-printing.

SR: Ja. Så da er det additivt. Så det du snakker om nå med romfarten. Da er det ikke additivt for da tar de vekk istedenfor?

TD: Ja, for det var sånn de gjorde før.

SR: Det var sånn de gjorde før, ja!

TD: Og nå med å gjøre additivt, så får man det mye mer effektivt.

SR: Da får du det effektivisert. Så man gjør det nå til romfart?

TD: Ja. Eller, vi har i hvert fall et eksempel på at det er mulig.

SR: Det er ihvertfall mulig. For det er jo kult å se at det ikke bare er science fiction; at det er noe som bare kommer langt inn i fremtiden. Ehm, Norge da: hva er det vi er unikt gode på i denne sammenhengen?

TD: Jeg vet ikke om vi ligger veldig langt fram i Norge, men vi er som regel kort vei fra idé til å gjøre ting. Jeg tror det at vi effektiv kan ta i bruk i motsetning til kanskje andre land med mer hierarkiske strukturer. Så jeg tror at…

SR: Så flat struktur i Norge?

TD: Flat struktur tror jeg kan bli konkurransekraft her.

SR: Ja. Det er det veldig mange som har trukket frem det at det er en styrke i Norge. Så det er fint å høre at det kan være bra. Til lytterne våre som har lyst til å lære mer om 3D-printing. Hva synes du de skal gjøre for å lese, se, gjøre for å lære mer?

TD: Det er jo sånn som andre har sagt å gå på YouTube. Og vi har da disse to videoene. Så hvis man går på denne Caxman.eu så finner du en del eksempler og videoer som er instruktive som på måte forteller prosessen fra a til å.

SR: Veldig bra. Hvis lytterene skal sitte igjen og huske et hovedpoeng fra vår samtale. Hva vil du at de skal huske?

TD: Det er vel det at det ikke bare er den ytre formen, men også de indre kvalitetene som teller.

SR. Det indre teller også! Det er veldig viktig. Tusen takk til deg Tor Dokken fra SINTEF Digital.

TD: Tusen takk for at jeg fikk komme.

SR: Og takk til deg som lyttet

.

Du har lyttet til en podcast fra Lørn.Tech - en læringsdugnad om teknologi og samfunn. Følg oss i sosiale medier og på våre nettsider Lørn.tech.



Hvem er du, og hvordan ble du interessert i 3D-print?

Har arbeidet med matematikk for dataassistert konstruksjon, produksjon og simulering i mange år, både i industrielle prosjekter og forskningsprosjekter rettet mot subtraktiv produksjon. Jeg fulgte med på muligheter innen additiv produksjon. I 2014 åpnet det seg en mulighet til å søke et stort EU-prosjekt innen design og simulering for additiv produksjon, der vi skulle kombinere nye metoder for geometribeskrivelse og simulering med additiv tilvirkning.

Hva gjør dere på jobben?

Arbeider med teori og anvendelser innen en matematikkretning der Norge er ledende, mer spesifikt representasjoner av og beregninger på informasjon og geometri ved bruk av splines, bedre kjent som stykkevise polynomer. Anvendelser er både innen design, simulering, stordata analyser og AI.

Hva er de viktigste konseptene i 3D-print?

3D-printing er et ektefødt barn av digitalisering, og bygger på matematiske modeller av objektene som skal produsere, samt bygger objektene lag for lag. Det finnes mange teknologier og prosesser som benytter forskjellige materialer, både metall, polymer og keram-baserte prosesser. For å kontrollere de additive prosessene så må en ha kontroll på geometri, materialegenskaper og selve byggeprosessen.

Hvorfor er det spennende?

Det er svært tverrfaglig, mye er i dag basert på operatørenes erfaring. I framtiden vil mer og mer av design og simulering bli basert på simulering der innovative geometriske former kombineres med materialegenskaper og nye produksjonsmetoder.

Hva synes du er de mest interessante kontroverser?

Avhengig av hvilken faglig bakgrunn man har så er det ulike oppfatninger om hva som er de viktigste problemene å løse.

Ditt eget selvlaget beste eksempel på 3D-print?

Her må jeg referere til CAxMan-prosjektet.

Dine andre favoritteksempler på 3D-print internasjonalt og nasjonalt?

Det ligger videoer på våre web-sider av de to Use Casene i CAxMan. Det ene er en kreativ girboks fra STAM i Italia der AM er brukt for å forbedre produktegenskapene og få ned produksjonskostnader. Se: www.caxman.eu.

Hva slags mental modell bruker du for å forklare hvordan det funker?

I naturen bygger veps bolene sin additivt, sneglehus lages ved additive prosesser.

Hva gjør vi unikt godt i Norge av dette?

Vi har en del spennende bedrifter som Norsk Titanium og Tronrud Engineering. Det som kanskje er unikt er at vi har miljøer som SINTEF som dekker svært mange av de fagområder som kreves for framtidig AI: digitalisering, matematikk, materialer og prosessplanlegging.

En favoritt 3D-print sitat?

Riv ned STL-muren.

Tor Dokken
Forskningssjef
Sintef
CASE ID: C0103
TEMA: ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
DATE : 181109
DURATION : 14 min
LITERATURE:
Videoene SINTEF har utviklet i CAxMan prosjektet, både tilgjengelig på YouTube og på prosjektets web-sider Artikkel i Computers & Mathematics with Applications,: Trivariate Spline Representations for Computer Aided Design and Additive Manufacturing; https://arxiv.org/abs/1803.05756 https://arxiv.org/abs/1803.05756
YOU WILL LØRN ABOUT:
Additive prosesser
Dataassistert konstruksjon
Gnist erosjon
QUOTE
"3D-printing bygger objektene lag for lag og bygger på matematiske modeller av objektene som skal produseres. Det finnes mange teknologier og prosesser som benytter forskjellige materialer. Både metall, polymer og keram."
More Cases in topic of ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
#C0371
ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
Fremtiden er elektrisk

Havard Devold

Teknologidirektør

ABB

#C0002
ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
VR som medisin

Anne Lise Waal

CEO/CTO

Attensi

#C0001
ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
Hva er greia med VR?

Silvija Seres

Lørnere

LØRN.TECH