Sådan skaber vi bæredygtighed gennem Additive Manufacturing

Af CEO Frank Rosengreen Lorenzen

 

Det er ambitionen gennem Dansk AM Hub at sætte barren endnu højere for, hvad Danmark kan opnå ved at kombinere danske styrkepositioner som bæredygtighed og innovationskraften på det åbne og flade danske produktionsgulv med AM-teknologiens uanede muligheder.

Vi mener, at det er muligt at gøre Danmark verdensførende i at anvende additiv produktion til at øge bæredygtigheden og konkurrenceevnen i danske virksomheder.

Dansk AM Hub, Dansk AM Hubs bestyrelse, de 50 medlemmer i Dansk AM Hub og vores mange samarbejdspartnere har i fællesskab defineret tre væsentlige kerneelementer for at opnå dette:

1. Bæredygtighed skal gøres konkret. Dansk AM Hub bliver verdens første medlems-/klyngeorganisation, der udover vores mål for konkurrencekraft, vækst mv., måler indsatser på, om vi lykkes med at eliminere CO2. Vi vi udvikle en ny beregningsmodel samt et software-værktøj, hvorigennem produktionsvirksomheder kan regne sparet CO2 ved at skifte fra f.eks. formativ til additiv produktion.
2. Mere og stærkere lokal forankring samt fokus på metalprint – hvor der ligger et stort potentiale for at skabe mere bæredygtige produkter gennem AM. Dansk AM Hub har lagt vægt på, at der bliver stærkere kontakt og lettere adgang til rekruttering af særligt SMV’erne, og at det samtidig er muligt at få et mere smidigt samarbejde med lokale kræfter som lokale erhvervsråd m.v. Derfor har vi etableret et kontor i Herning med vores nye CTO, der starter juni 2021.
3. Fortsat fokus på at få flere SMV’er i gang, men følge dem længere. Der er stadig et stort arbejde og en stor opgave i at fortsætte med at udbrede, udvikle, udføre og udfordre AM i Danmark. Vi vil sørge for, at flere danske producenter kommer i gang, men også kommer videre og f.eks. udnytter mulighederne for mere skræddersyede og effektive emner/produkter samt etablerer mere on-demand, distribueret produktion mv., hvor der ligger et uforløst potentiale i at skabe mere bæredygtig produktion.

 

Den bæredygtige additive proces

Additiv produktion er ikke ”kun” en 3D printer, men en ny produktionsproces, der er mere digital og kan producere stort set uden spild, med meget begrænset transport og i digitale værdikæder uden behov for store varelagre, der i al for stor grad ofte kasseres.

Den er – modsat formativ produktion (oftest kendetegnet ved sprøjtestøbs-teknologier) eller substraktiv produktion (som vi i dag kender bedst ved fræsnings-teknologier) – ny, da den først blev skabt for 40 år siden, hvor de to andre har været anvendt som de bærende produktionsformer gennem industrialiseringen.

AM vinder mere og mere ind, og skæringspunktet for “hvornår det kan betale sig at printe” bevæger sig hele tiden i kraft med, at AM-teknologien bliver mere effektiv, og fordi forbrugere og regeringer efterspørger produkter, der også er produceret anderledes – f.eks. mere grønt med så lidt materiale som muligt, så lidt transport som muligt og med et minimalt strømforbrug fra fossile kilder. Her er AM – ikke det eneste – men et vigtigt værktøj.

 

CO2 udledning i produktionen

Additiv produktion har således en kernerolle i at bekæmpe det, som Ellen McArthur Foundation beskriver som ”hidden emissions”. 45 % af verdens CO2-udledning har med produktion at gøre, og cirka halvdelen af dette er, hvordan vi forarbejder materialer; aluminium, beton, metal, titanium, glas og plastik til huse, havemøbler, biler mv.

I det mest positive scenarie (set med grønne øjne – og hvor vedvarende energi stiger markant) vil denne produktionsudledning stige med en faktor mellem to og fire inden 2050.

Der sker heldigvis store fremskridt på materialesiden, og inden 2050 er det estimeret, at 50 % af alle produkter vil kunne 3D printes. Print i kompositter har skabt store fremskridt de senere år, og flere bæredygtige materialer vinder frem – f.eks. baseret på castorbønner, som kan laves til et 100 % biobaseret filament til print.

Vi har i Danmark været dygtige til at rykke vores energiproduktion i en grønnere retning, hvor særligt investeringer i vedvarende energikilder har været med til at skabe en grøn nation, der også internationalt bliver anerkendt som en sådan. Nu er tiden til at rykke vores industriproduktion i en grønnere retning og angribe de skjulte emissioner.

 

En lille grøn stormagt

Additiv produktion er ikke en trylleformular, der gør hele produktionssektoren grøn, ligesom at der er masser af bæredygtighed at vinde i de konventionelle produktionsformer, men det er åbenlyst, at additiv produktion har vigtige egenskaber, som kun bliver vigtigere i disse år, og som vi kan høste meget mere i vores lille grønne stormagt.

Dansk AM Hub har vist, at der er meget konkrete muligheder for at eliminere CO2 i produktionen både i forhold til at skabe ændringer i værdikæden og/eller i slutproduktet, samtidigt med at der sideløbende kan skabes stærke konkurrencefordele for produktionsvirksomhederne.

Det er disse muligheder, der i nedenstående er inddelt i fire strategiske mulighedsrum, og disse skal udnyttes endnu mere og endnu bedre af Dansk AM Hub, så vi kan gøre Danmark verdensførende i at anvende AM til bæredygtighed.

 

 

Skræddersyede og bæredygtige produkter (øverst til venstre)

Med AM har man designfrihed, da printeren kan printe præcis det emne, man skal bruge, og da det er en digital fremstillingsproces, kan man udnytte helt nye designmetoder f.eks. generativt design eller design baseret på topologioptimering. Der er mange gode eksempler på dette, og dagligt kommer der nye til.

• Hexr er en britisk start-up, der producerer en cykelhjelm med additiv produktion – baseret på to af Dansk AM Hub medlemmers teknologi: den tyske teknologileverandør EOS og den danske 3D print-rådgiver Damvig. De laver cykelhjelmen 100% skræddersyet ved, at slutbrugeren med sin telefon scanner sit hoved – en proces, hvormed den også bliver mere sikker. Endvidere produceres den i et 100 % biobaseret materiale. Såfremt printerne kun kører på 100 % vedvarende energi, og de står tæt på slutbrugeren, kan cykelhjelmen produceres stort set uden CO2-udledning.
• Airbus og Autodesk projektet ”Bionic Partition” er fire år gammelt, men meget centralt i forhold til at vise, hvordan AM skaber bæredygtighed. Det lykkedes at fjerne 465.000 tons C02 årligt ved at anvende generativt design og printe en skillevæg i et Airbus-fly i titanium. Det svarer til 4,6 mio. ton CO2 over 10 år (til sammenligning skal vi i Danmark for at nå klimalovens mål om 70 % reduktion i 2030 reducere med 19 mio. ton CO2). Det høje tal skal ses i forhold til, at det naturligvis gør en stor forskel at gøre en lille forskel på flyindustrien. Vi har ikke egentlig flyproduktion (omend vi har underleverandører) i Danmark, men de designkompetencer og teknikker, de anvender, skal og kan bruges til at gøre Danmark verdensførende i at anvende AM til bæredygtighed.
• Monoqool er medlem i Dansk AM Hub og en dansk produktions-SMV, der for år tilbage fik nyt liv ved at satse på 3D printede briller. Brillerne er både stærkere, da de er printet uden skruer, og de kan lave helt andre designs end andre brilleproducenter, da additiv produktion giver dem 100 % designfrihed. Ikke alene opnår de den beskrevne konkurrencefordel, dee producerer også med 2 % materialespild, hvor standarden i branchen er 85 %. På baggrund af Dansk AM Hubs aktiviteter har Monoqool også skabt den første solbrille baseret på bionedbrydelige hjulbønner (castor bean), det samme materiale som anvendes i Hexr Helmet.

 

 

Værktøjer og prototyper (nederst til venstre)

25 % af danske fremstillingsvirksomheder er i gang med at anvende AM i prototyper og til værktøjsfremstilling. Det er typisk her, virksomhederne kommer i gang med additiv produktion. Dansk AM Hub har skabt et stort case-bibliotek med de mange konkurrencefordele, danske produktions-SMV’er har skabt.

Det er selve innovationshjertet af en produktionsvirksomhed, der bliver styrket med AM i denne proces, hvor virksomhedens faglærte, ingeniører og ledere kan stå sammen og mærke en konkret prototype, udveksle ideer, printe den igen osv., og netop dette har vi set et utal af gange lykkes for vores produktions-SMV’er.

Vi ser det ske i stor stil i udlandets store industriproduktioner – f.eks. har den tyske bilindustri de sidste 2-3 år investeret markant i den retning for at opnå en stærkere produktionsproces. For to år siden offentliggjorde BMW, at de nu havde printet 1 mio. dele de sidste 10 år og 20 % af dette alene i 2018. De driver den udvikling endnu stærkere i dag og har investeret i teknologileverandører som Desktop Metal samt €13 mio. i et AM Campus nord for München. Bilindustrien driver teknologien, og alle bilproducenter er i gang og anvender AM som en løftestang ind i elektrificeringen. De printer emner, som før skulle samles af mange forskellige emner, men nu kan printes i ét emne. Det er vigtigt, at vi i Danmark med vores 400 underleverandører til den tyske bilindustri udnytter de mange muligheder for et nyt dansk væksteventyr, samtidig med at vi driver en bæredygtig omstilling af vores produktion, og det kræver additiv produktionskompetence (se f.eks. hvordan Danfoss og Dansk AM Hub har hjulpet den danske SMV Johannes Pedersen, der producerer reservedele til Porche og VW med at rykke sig i additiv produktion).

Det er ikke kun for bilindustrien, at det er centralt, at vi kommer i gang og videre, men også i forhold til reservedele i det hele taget. Gartner estimerer, at der årligt vil blive købt ca. 6 mio. printere mod estimeret 500.000 printere i 2016. Det er netop nu og drevet af kravet om bæredygtig produktion, at rammerne omkring fremtidens produktion bliver tegnet.

I forhold til værktøjer og prototyper opnås der let konkurrencefordele, men de store bæredygtighedsgevinster findes, når enten produktet eller værdikæden ændres (se f.eks. hvordan Esbjerg-virksomheden Hytor opnåede en stærk konkurrencefordel ved at 3D printe et værktøj i stedet for at skulle bestille det fra Tyskland).

 

 

Nye cirkulære forretnings- og produktionsmodeller (øverst til højre)

Når både produkt og værdikæde ændres, kan der skabes fantastisk værdi med AM.

Den amerikanske virksomhed Align Technology har skabt en 3D scanner-teknologi og en printproces, hvor de skaber såkaldte ”Invisalign”, der er en usynlig bøjle på tænderne, som erstatter den klassiske ”togskinne”. Align Technology sælger ikke teknologi – de sælger smil. Og de er i stand til at redefinere værdikæden i tandplejeindustrien. Align Technology har i 2019 en omsætning på 2,4 mia. dollars. Danmark har 3Shape, der laver 3D scannere til høreapparater og tandplejeindustrien. De har skabt et af de største danske væksteventyr de sidste 10 år. I dag har de ca. 700 medarbejdere i Danmark og ca. 1.000 i udlandet. Der er meget værdi for dansk industri ved at satse på AM og skabe nye produkter og værdikæder, og vi begynder at se et første kuld af danske iværksættere som f.eks. Particle3D eller Zoles, der forsøger at gøre 3Shape kunsten efter.

De sidste år er der vokset flere cirkulære produktionsmodeller baseret på AM frem (AM har en kernerolle i alle faser af cirkulær økonomi fra design til genanvendelse). Internationalt har den hollandske producent Philips skabt stor succes gennem deres datterselskab Signify. Signify laver skræddersyede lamper til kunden baseret på affald f.eks. af udtjente CD’er, som 3D printes til nye armaturer, lamper mv. Ved at producere i denne mere cirkulære produktionsmodel sparer de 47 % CO2 sammenlignet med konventionel produktion. Det er et fantastisk eksempel på, hvordan det bæredygtige går hånd i hånd med konkurrencefordele. Eksempelvis har Københavns Lufthavn netop valgt Signify-belysning, fordi lufthavnen selv har et bæredygtigt mål om at reducere sit CO2-forbrug.

Der er få eksempler på denne AM-anvendelse i Danmark endnu, men produktions-SMV’en Aage Vestergaard Larsen i Mariager, der er Nordens største virksomhed inden for genanvendelse af plast, har netop igangsat et større projekt, hvor de vil bruge genanvendt plast til 3D print-materiale (filament). Endvidere har Innovationsfonden netop givet tilsagn om et projekt med Nordisk Staal, LEGO og DTU, hvor de skal udvikle metalprintspulver af udslidte metaldele.

 

 

Digitale, distribuerede og ”on demand”-værdikæder (nederst til højre)

Vi har indrettet vores værdikæder med særligt formativ produktion, hvor der tit overproduceres til lager, da det er dyrt at starte og justere en produktion, men det skal vi væk fra. Virksomheder skal kun producere, hvad der kræves, når det kræves (det mest bæredygtige produkt er trods alt det, der ikke produceres) og med så lidt lager og transport som muligt.

I 2019 havde Dansk AM Hub den danske møbelproducent Noor11 med i et forløb, og det lykkedes Noor11 at ændre væsentlige dele af deres værdikæde ved at tage AM til sig lokalt i stedet for at få f.eks. prototyper og emner fra Kina. Dermed kunne de bedre nå at være klar med nye møbler til udstillinger og messer, hvilket i møbelbranchen er en altafgørende konkurrencefordel. De skar også drastisk ned på CO2-udledningen i deres værdikæder.

Vi begynder at se, at virksomheder som ECCO efter 20 år igen producerer i Danmark, fordi det teknologisk kan svare sig, og den tendens er yderligere forstærket af Corona-krisen og kravene til den grønne omstilling. I en rundspørge foretaget af Bank of America lyder meldingen fra en tredjedel af de adspurgte 3.000 europæiske selskaber, at de har fremskyndet planer om at trække forsyningskæderne tættere på, og herhjemme har Danfoss besluttet at øge produktion der, hvor kunderne bor fra 60 til 80 % som direkte konsekvens af Corona-krisen.

Kilde: PWC:  The future of spare parts is 3D

Noor11-eksemplet er et meget konkret eksempel på, hvordan AM kan komme danske små- og mellemstore produktionsvirksomheder til gavn.

Med de største danske og internationale produktionsvirksomheders store ambitioner for den grønne omstilling kommer der et ekstra pres på underleverandørerne, som er de små og mellemstore producenter, hvoraf mange også findes i Danmark.

Seneste eksempel på udviklingen kommer fra Novo Nordisk, der netop har meldt klart ud til koncernens 60.000 leverandører: Senest i 2030 skal alle leverancer til Novo Nordisk være baseret på 100 % grøn strøm både i produktion og transport (hvor netop additiv produktion har sine største fordele), ellers vil det danske medicinalselskab kigge sig om efter nogle andre leverandører. Det er oplagt at bringe additiv produktion i spil som løftestang til de danske underleverandører, der bliver klemt.

Sidste væsentlige pointe i forhold til værdikæder og AM er muligheden for en CO2-afgift. Får vi en markant stigning i CO2-afgift, sådan som flere partier og virksomheder efterspørger, og Klimarådet har foreslået, vil det f.eks. bedre kunne betale sig at rykke produktion tættere på kunden for at undgå transport. Det føromtalte skæringspunkt mellem hvornår additiv kan betale sig frem for de konventionelle produktionsformer vil dermed rykke sig yderligere.