Etter tre års utvikling har en nederlandsk bedrift, som de første, lyktes med å 3D-utskrive en hel bro i stål. I de kommende månedene skal den testes, før den plasseres over en kanal i Amsterdam.
Hvis fotgjengere i Amsterdams gamle middelalderbydel i framtiden kommer til å føle seg hensatt til en framtidsfilm, kan det være litt forståelig. Etter tre års arbeid plasserer den nederlandske bedriften MX3D nemlig snart en organisk utformet 3D-utskrevet stålbro over en av de gamle kanalene. Det blir den første broen som er produsert (nesten) utelukkende av 3D-utskrevet stål. Det forteller MX3D på sine nettsider.
Broen er resultatet av en lang prosess som blant annet involverte et omfattende redesign, involvering av langt flere partnere enn opprinnelig planlagt, og en endring av produksjonsmetoden.
Idéen til broen stammer fra designbedriften Joris Laarman Lab, som blant annet jobber med topologi-optimering – altså kunsten å designe konstruksjoner med et absolutt minimum av materialer.
Joris Laarman Lab hadde utviklet en 3D-skriver, som skrev ut med resin. I motsetning til gantry-skriverne som i dag selges til både amatører og profesjonelle, var nederlendernes skriver i bunn og grunn en avansert limpistol plassert på en robotarm. Men de ville gjerne skrive med mer solide materialer, så limpistolen ble byttet ut med et sveiseapparat, slik at roboten kunne skrive med forskjellige metaller som kobber, aluminium, bronse, stål og rustfritt stål.
Ved å skrive ut tynne lag om gangen, kan man skrive for eksempel dobbeltkrumme strukturer uten understøttinger, fordi utskriften bærer seg selv. Vertikale, horisontale eller snodde utskrifter krever at sveiserobotens parametere stilles forskjellig. Det gjelder for eksempel puls-tider, pauser, lagtykkelse og verktøyets orientering.
Ville imponere sponsor
I første omgang skrev Joris Laarman Lab ut flere benker. Men da de skulle imponere CAD-programleverandøren Autodesk, som var blitt sponsor og partner i utviklingsprosjektet til bedriften, kom de på at de skulle skrive ut en hel bro med den samme metoden.
Broprosjektet kom i gang i 2015, da Joris Laarman Lab fikk både medieomtale og myndighetenes tillatelse til å skrive ut en bro over Oudezijds Achterburgwal i Amsterdams middelalderkvarter.
Oppmerksomheten fikk dessuten både stålprodusenten AccelorMittal, robotspesialister fra ABB Robotics, pc-leverandøren Lenovo og sveisespesialister fra Airliquide og Oerlikon til å bli sponsorer og partnere i prosjektet, mens Leap3D skannet det stedet hvor broen skulle plasseres.
For komplekst til å godkjennes
Designforslaget viste en bro med en underbygning som lignet innsiden av knokler – det arketypiske eksempelet på topologi-optimering. Ifølge designerne skulle broen skrives ut på stedet av to sveiseroboter, som i tillegg til dette skulle bruke brodelene som stillas mens de skrev seg ut over kanalen.
I mai 2016 var det endelige designforslaget klart. Designerne hadde brukt Autodesks Dreamcatcher-program til å genere designet basert på input som lengden av spennet, bredden til broen og den forventede belastningen. Resultatet var en vakkert svungen bro med et ribbeformet sidevern.
Men partnerne hadde blitt enige om å droppe planen om å skrive ut broen på stedet, hvor byggeprosessen ville blitt utsatt for både vær og innblanding fra forbipasserende – en ikke uvesentlig risikofaktor når broen skulle føres opp i middelalderbyen som også rommer Amsterdams Red Light District.
Men selv om det bare var 12 meter over kanalen, viste det seg at det ikke var så lett å få endene til å møtes.
Allerede to måneder senere var det nemlig klart at de metodene og verktøyet som i dag brukes til å beregne og dokumentere sikkerheten til en konstruksjon, ikke kunne håndtere den komplekse geometrien. Dessuten var det stort sett umulig å definere egenskapene til den utskrevne strukturen, og styrken til breddene ved middelalderkanalen var en stor og ukjent faktor.
«Det betyr at vi blir nødt til å starte helt forfra … Grunnleggende skal vi minske kompleksiteten og minimere trekkreftene i konstruksjonen så mye som mulig. La oss håpe at vi kan løse det raskt,» skrev MX3D på sin hjemmeside.
- Ikke lett å 3D-printe en hel bygning: Her er de tre største feilene de gjorde
Arup endret designstrategi
I november 2016 ble det britiskbaserte rådgivningsfirmaet Arup involvert, og designstrategien skiftet fra topologi-optimering til å regne på plateformer som programvaren kunne håndtere bedre. I februar 2017 var et nytt design i klart, og utskriftsprosessen satte i gang.
I stedet for å skrive rett ut i lufta, valgte partnerne å skrive ut brodelene i omkring én meter lange seksjoner på gulvet, for deretter å sveise dem sammen. Først i august i fjor flyttet man sveiseroboten bort til broen for å teste hvordan det fungerte å skrive rett ut i lufta som opprinnelig planlagt.
Sensorhjelp fra Force
Men før broen kan løftes ut av verkstedet på havnen i Amsterdam og kjøres inn til middelalderbyen, skal den både males, utstyres med en lang rekke sensorer og testes. For selv om de mange partnerne allerede har foretatt sin egen uformelle belastningstest i festlige former da spennet stod ferdig, skal det mer til før myndighetene vil la byens borgere og turister bruke den.
Sensorkompetansen har M3XD blant annet hentet hos danske Force Technology. Sensorene skal måle belastning, forskyvninger og vibrasjoner, temperatur og luftkvalitet.
Dataene samles inn av spesialister fra Alan Turing Institute, som vil legge inn data i en digital modell av broen, slik at tilstanden til broen kan følges. Samtidig vil dataene gjøre det lettere å designe nye broer, og dokumentere noen av de materialegenskapene som man ikke har dokumentasjon på i dag.
- Les mer hos danske Ingeniøren: Ombygget sveiserobot 3D-printer metall uten støtteben
Partnerskap vil skrive ut flere broer
M3XD planlegger nemlig flere broer, og har derfor inngått et partnerskap med den nederlandske broentreprenøren Haasnoot Bruggen. Sammen håper partnerne å kunne skrive ut flere fotgjengerbroer. I tillegg til dette jobber M3XD med å bruke teknologien til å producere store prototyper til industrien.
Broen forventes å være på plass i oktober 2018.
Artikkelen ble først publisert på Ingeniøren.dk
- En rekke nye funksjoner i Vipps: - Mobilen overtar for betalingskort
