Forskning har åbnet en ny dør for at bruge genbrugsmetal til 3D-print

I en hal i Lyngby nord for København står et apparat, som for det utrænede øje kan minde om en forvokset æggekoger. I virkeligheden er det dog et toptunet stykke eksperimentelt udstyr, der har potentiale til at revolutionere 3D-print af metaller og industrien bag.

Det er blevet til gennem et forskningsprojekt, som med støtte fra Danmarks Frie Forskningsfond blev sat i værk i 2019 for at udvikle og studere bedre materialer til 3D-print i metal. Samtidig undersøgte projektet også mulighederne for at genbruge metal til 3D-print.

En populær teknik til 3D-print af metalliske komponenter er baseret på laser-smeltning af metalpulver.

Det kræver selvfølgelig, at man har metalpulver til at komme i printeren. Udfordringen var bare, at forskerne kun kunne købe standardpulver, som leverandøren bestemte, hvad indeholdt. Derfor var der behov for at kunne fremstille pulveret selv. 

»Dér så vi så muligheden for at kunne skabe en infrastruktur, som man ikke har andre steder i Danmark. Altså nyt udstyr, så vi kunne få fuld frihed til at fremstille præcis det pulver, vi vil have. Det var det, vi byggede projektet op over,« fortæller Dorte Juul Jensen, professor på Danmarks Tekniske Universitet (DTU), som stod i spidsen for projektet.

Da projektet tog sin begyndelse, var produktionen af metalpulver, af for eksempel rustfrit stål, til 3D-print et lukket og ugennemsigtigt marked.

»Der var en frustration over, at der er nogle meget få udbydere, der sidder på materialerne og bestemmer, hvad der kommer på markedet. Vi havde haft en lang snak med brugere af pulver om, hvordan vi kan få adgang til andre materialer end dem, som leverandørerne bestemmer. Hvorfor skal vi grave nye materialer op af jorden, når der er så meget genbrugsmetal. Kan vi ikke genbruge det?,« supplerer Niels Skat Tiedje, lektor på DTU, der tog del i projektet med særlig indsigt i fremstilling af metalpulver.

Udstyr var på vej til skrot

Tilbage til æggekogeren, eller atomiseren, som den rettelig hedder. Det er et apparat, der er i stand til at smelte metal og forvandle det til pulver, som kan benyttes til 3D-metalprint.

I virkeligheden var den tæt på at ryge i affaldscontaineren. Den stod og tog plads på Forskningscenter Risø, som ligger på halvøen af samme navn i Roskilde Fjord og hører under DTU.

Her var Dorte Juul Jensen afdelingschef fra 2007 til 2011, og hun ville ikke acceptere at lade atomiseren gå på pension.

»En af vores teknikere havde været på besøg på MIT i USA, hvor han havde set noget lignende udstyr. Det optimerede vi så og byggede en version på Risø, og det var virkelig kram,« husker hun.

Atomiseren havde dog brug for et funktionsløft. Så Niels Skat Tiedje arbejdede på sagen i sin fritid sammen med nogle teknikere, allerede inden støtten fra Danmarks Frie Forskningsfond indløb.

Selvom Niels Skat Tiedje var begyndt, gik det første år af forskningsprojektet især med at modernisere atomiseren. Opgaven blev ikke mindst løftet af en ph.d.-studerende, Daniel Cardenas del Rio, som blev tilknyttet projektet.

Han stod også for at teste mulighederne for at forbedre forskellige legeringer af stål, altså den sammensætning af grundstoffer, som stål består af.

Samtidig skulle Daniel Cardenas del Rio undersøge nogle af de problemer, som kan opstå, når man forsøger at genbruge stål til metalpulver. For eksempel hvis der er rester af smøreolie eller andre stoffer fra industrien med i mixet.

Danmark kan blive et foregangsland

Pumpevirksomheden Grundfos og Teknologisk Institut var samarbejdspartnere i projektet.  Det samme var Henrik Wenzel, professor på Institut for Grøn Teknologi under Syddansk Universitet, og hans kolleger. De stod for at udføre en livscyklusvurdering af atomisering af genbrugsstål.

Det vil sige en analyse af, hvor stor miljøbelastningen vil være af at genbruge rustfrit stål til pulver i 3D-produktion. For den samlede livscyklus for rustfrit stålpulver viste regnestykket sig at munde ud i et positivt resultat.

Alt i alt har Danmark nu fået en viden, som kan vinde genklang nationalt og internationalt.

»Danmark har nu en helt unik facilitet, som vi ikke ville have haft, hvis ikke vi havde fået bevillingen fra Danmarks Frie Forskningsfond. Atomiseren stod oprindeligt på Risø, men nu står den her i Lyngby i sit permanente setup. Og den står sammen med de en hel række metalprintere, så hele produktionslinjen er samlet i samme hal,« fremhæver Dorte Juul Jensen.

»Danmark har jo altid været lidt en frontløber inden for genbrug af alt muligt. Og hvis vi kan blive bedre på metalområdet, som det her lægger grunden til, vil det være ret markant,« tilføjer Niels Skat Tiedje og fortsætter:

»Én ting er, at vi lærer noget om, hvad der sker, når man genbruger materialerne. Men lige nu er interessen der også i industrien for rent faktisk at gøre det. Det er stadig i en tidlig fase, fordi det ikke er nemt at gøre de her ting. Men på sigt er jeg sikker på, at Danmark kan få en fremtrædende plads inden for genbrug, hvis vi spiller vores kort rigtigt.«

Allerede nu arbejder Dorte Juul Jensen og Niels Skat Tiedje på en række nye projekter, som bygger på det oprindelige projekt, der blev afsluttet i 2023. 

For eksempel et projekt, der skal forbedre mikrostrukturen af det endelige 3D-printede produkt. Og et andet projekt, der ikke er begrænset til rustfrit stål, men i stedet ser på mulighederne for at genbruge almindeligt jernskrot.

Endelig støtter Danmark Frie Forskningsfond også TURBMAP-projektet. Forskningen går ud på i de kommende år at udvikle avancerede beregningsmodeller, der kan bruges til at optimere de gas- og metaldyser, der er hjertet i atomiseren. Det er dem, som er bestemmende for kvaliteten af pulveret.

Så atomiseren får nok at se til.