Manufacturing Materials

Senest opdateret d. 13/4-2012
Teknologisk Institut
Resultatkontrakt 2013-2015 under temaerne Materialeteknologi og Produktionsteknologi
Mikkel Agerbæk
Direktør, Materialer og Produktion

Manufacturing Materials sigter på at udvikle nye avancerede hybridmaterialer og -komponenter gennem udvikling af nye procesteknologier, hvor materialeegenskaber og -arkitektur fremkommer direkte i forbindelse med formgivningsprocessen. Teknologisk Institut vil med denne aktivitet sikre såvel en hurtigere proces fra prototype til færdig produkt, samt en større fleksibilitet i anvendelsen af det produktionsapparat, der eksisterer i industrien i dag.

Ny viden og serviceydelser
Aktiviteten Manufacturing Materials sigter på at udvikle nye avancerede hybridmaterialer og komponenter gennem udvikling af nye procesteknologier, hvor materialernes egenskaber og arkitektur fremkommer direkte i forbindelse med og i kombination med formgivningsprocessen. Som eksempel kan nævnes, at der gennem et internationalt forskningsprojekt, med bl.a. Fiat som deltager, er demonstreret, at det er muligt at udvikle et termoplastisk hybrid nanokompositmateriale, der kan erstatte metal konstruktionsdele i biler, således at vægten af komponenten bliver reduceret med 40-45 % samtidig med, at der opnås væsentlige besparelser på både materialeprisen og de direkte produktionsomkostninger. Denne teknologi har et stor potentiale i forhold til fremstillingsindustrien i Danmark, og den vil blive videreudviklet og raffineret samt tilpasset og udbredt til den danske målgruppe.
Den nye viden, der opbygges i aktiviteten, omhandler udvikling af avancerede materiale- og produktionsteknologier, samt udvikling af effektive målemetoder til kvalitetssikring af disse materialer. Det drejer sig om:

  • Viden om fremstilling af optimale materialestrukturer i hybridmaterialer, herunder muligheder for at kombinere materiale og proces på en sådan måde, at flere modsatrettede materialeegenskaber kan optimeres i et produkt, fx forbedrede udmattelsesegenskaber, reducering af termiske-elektriske-overgange samt interne spændingsniveauer i materialet.
  • Viden om specielle integrerede produktionsmetoder, som fx ’reaction extrusion’, hvor materialeegenskaberne dannes i formgivningsprocessen, herunder hvordan denne teknik kan anvendes til at producere hybrid nanomaterialer på en omkostningseffektiv måde.
  • Viden om anvendelse af avancerede modelleringsteknikker, som ’molecular dynamics’ til at etablere viden om hvordan materialestrukturen opbygges under specifikke in-situ betingelser.
  • Viden om tekstile hybridmaterialer, herunder udvikling af aktive tekstile materialer gennem interaktion mellem fremstillingsmetoder og materialeegenskaber

Med basis i ovenstående viden tilbydes følgende kommercielle ydelser og services:

  • Nicheproduktion af produkter og komponenter med fleksible produktionsteknologier som Additive Manufacturing.
  • Teknologioverførsel til plast- og kompositindustrien af nye hybrid materialer fremstillet ved fx in-situ dannelse af nanopartikler, extrusion reaction eller ved integration af graphene.
  • Teknologioverførsel og nicheproduktion af nye metal mikrostrukturer til fx lette og stærke konstruktioner til anvendelse i luftfart, automobilindustri og byggeindustri.
  • Rådgivning om tekstile hybridmaterialer med funktionelle egenskaber, såsom shape change teknologier, kromatiske og illuminerende egenskaber til fx beskyttelses- og sikkerhedsindustrien.
  • Kommercielle ydelser vedrørende nye simuleringsværktøjer til bestemmelse af reaktionskinetik og termodynamik, avancerede struturer, herunder materialer med gradueret fordeling af filler.
  • Nye testmetoder og metoder og værktøjer til online kvalitetsmonitorering.

Aktiviteterne vil i høj grad have relevans for de dele af SMV-segmentet, hvor nye materialeteknologier vil være en væsentlig del af produktets konkurrenceparameter. Af eksempler kan nævnes fx komponenter til fly eller beskyttelsesindustrien, der er optimeret både med hensyn til termiske, elektriske og mekaniske egenskaber. Af andre segmenter kan nævnes underleverandører til automobilindustrien samt plast og kompositindustrien. Aktiviteterne vil kunne bibringe SMV en større udnyttelse af deres investerede kapital i produktionsapparatet samt give mulighed for differentiere sig fra de udenlandske konkurrenter.
Centrale aktiviteter
Der arbejdes med udvikling af fremtidens avancerede hybrid materialer for at bibringe materialerne de mangeartede og ofte modsatrettede egenskaber, som industrien efterspørger.

  • Udvikling af nye additive manufacturing teknologier, herunder graduerede og strukturerede materialer. Teknologierne omfatter materialeudvikling og parameteroptimering i forhold til fx magnetisk, piezoelektriske eller (super)ledende egenskaber.
  • Der udvikles produktionsteknologier indenfor nye avancerede Hybrid- og Functionally Graded Materials. Teknologierne vil muliggøre en høj grad af præcision i materialearkitekturen, ved at kontrollere kemien i matricen, grænsefladen samt integrerede, funktionelle nanopartikler. Der udvikles hybrid materialer med integrerede kulstofbaserede nanopartikler, keramiske nanopartikler, metaller samt deres oxider.
  • Der arbejdes med at udvikle produktionsteknikken bag fremstilling af højtemperatur superledere til en produktionsrelevant proces.
  • Der udvikles tekstile hybridmaterialer, hvor det er samspillet mellem fiberegenskaberne og tekstilfremstillingsmetoderne, der resulterer i unikke funktionelle egenskaber, såsom selvbevægelighed og reaktion på omgivelserne.
  • Der udvikles analyse og karakteriseringsteknikker, der kan danne grundlag for et højt niveau af multiskala kontrol af materialearkitekturen. Disse teknikker omfatter bl.a. di-elektrisk spektroskopi, µCT skanning, røntgen teknikker, intelligente vision systemer mv.
  • Der anvendes modellering og simulering af graduerede nanomaterialer og ’Functionally Graded Materials’, herunder simulering af ikke-lineære materialer, graduerede materialer eller mikrostrukturerede materialer.
  • Der vil blive arbejdet målrettet med at etablere forsknings- og netværkssamarbejde med de førende universiteter og videncentre i både Danmark og udlandet, og der vil blive etableret et samarbejde med de større industrinetværk i fx Tyskland for derigennem at skabe kontakter og samarbejdsmulighed for danske virksomheder.
  • Ydermere vil teknologiernes muligheder blive formidlet og efterfølgende introduceret til danske og udenlandske virksomheder.

Rationale for indsatsen
Udvikling af avancerede materialer er identificeret som en Key Enabling Technology (http://ec.europa.eu/enterprise/sectors/ict/key_technologies/kets_high_level_group_en.htm), og der er på internationalt plan et stort fokus på udvikling af næste generations materialer for derigennem at muliggøre realiseringen af en række af fremtidens udfordringer.
Både EU (http://ec.europa.eu/research/horizon2020/index_en.cfm) og USA (http://www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/pcast-advanced-manufacturing-june2011.pdf) fokuserer på ’Leadership in enabling and industrial technologies’, og begge har etableret specifikke programmer til udvikling af avancerede materialeteknologier.
Teknologien bag Manufacturing Materials har vist lovende resultater, både i forhold til produktdifferentiering og til omkostningsstruktur, og den er velegnet til at introducere i de danske virksomheder, da den vil sikre ikke bare en hurtigere proces fra prototype til færdig produkt, men ligeledes sikre en større fleksibilitet i anvendelsen af det produktionsapparat, der eksisterer i industrien i dag. En række af de teknologier, som udvikles under denne aktivitet, kræver ikke store anlægsomkostninger eller nyinvesteringer, idet der tages udgangspunkt i det produktionsapparat, der er tilgængelig i industrien i dag.  
I forhold til SMV vil disse teknologier betyde, at der indbygges nogle teknologibarrierer, således at de bliver mindre konkurrenceudsatte, idet konkurrenter ikke så let kan kopiere komplekse materialeegenskaber. Denne aktivitet vil gennem forskellige virksomhedssamarbejder viser teknologiens alsidighed og potentiale for den danske fremstillingsindustri, således at denne kan øge sine konkurrencemæssige fordele i forhold til udenlandske virksomheder..
Aktiviteten tager bl.a. afsæt i det meget succesfulde FP7-projekt Nanotough, det igangværende Nanomaster projekt (FP7-NMP-FOF), aktivitetsplanerne ’Hurtig og fleksibel produktion’ og ’Produktion i Danmark’ under Instituttets Resultatkontrakt 2010-2012, hvor der er etableret et forskningsmæssigt og strategisk samarbejde med udenlandske og danske universiteter.
Mulige samarbejdspartnere
Aktiviteten bygger videre på eksisterende samarbejder med en række danske og udenlandske universitetspartnere, herunder Aalborg Universitet, Institut for Mekanik og Produktion, Aarhus Universitet, DTU, Polymercenteret, Fraunhofer IFAM, Bremen og CEMEF, Frankrig.
Derudover forventes samarbejde med en række nationale og internationale netværk som fx det tyske netværk ’Cluster-Management Neue Werkstoffe’ i Bayern.

20 kommentarer

Herunder er indlæg og kommentarer fra interessenter på aktiviteter og aktivitetsforslag.

Kresten Karlsen
Torsdag d. 19/4-12 kl. 11:16

Tytex A/S vil gerne tilkendegive en positiv interesse for dette emne. Der er et behov for nye materialer med hybride egenskaber indenfor tekstil verdenen. Tekstiler udgør en stor del af alles hverdag, lige fra beklædning til mere funktionele formål.
Specielt tekstiler målrettet sundhedssektoren har vores interesse. Der er mange udfordringer der kræver nytænkning og nye materialer, eksempelvis elastiske materialer, med varierende modulus som afhænger af ekstern påvirkning er et stort ønske.

Med venlig hilsen
Kresten Karlsen
Tytex A/S
Industrivej 21
7430 Ikast

Aage Feddersen
Torsdag d. 19/4-12 kl. 14:21

Udvikling og brug af avancerede materialer udgør et meget stort potentiale for den danske tekstilindustri.
Der skal derfor ikke herske nogen tvivl om, at vi til fulde støtter de beskrevne projekter og aktiviteter.
Der er fortsat en væsentlig tekstilproduktion i Danmark og denne prokuktion vil kunne styrkes gennem udnyttelsen af resultaterne af projektet om Manufacturing Materials.
Med venlig Hilsen
Aage K. Feddersen
Teknik- og Miljøchef
Dansk Mode & Textil
Birk Centerpark 38
7400 Herning

Jeremie
Fredag d. 20/4-12 kl. 16:18

Very good initiative! The development of new hybrids, composite materials and other nano-materials is essential to our business. We develop additive manufacturing technology and we always have to keep track of the latest materials out there, since each new material opens a wide range of new applications and of course new business opportunities. It is therefore very good to see a Danish expertise in the field being developed to stay on top at a worldwide level. I am sure many Danish SMEs (SMVs), will benefit greatly from this program.

MVH

Jeremie Pierre Gay
Create It Real CEO
Gøttrupvej 66
9220 Aalborg Øst

Morten Laugesen
Mandag d. 23/4-12 kl. 09:50

Manufacturing Materials kan have vores interesse med fokus på kort lead time fra ide til prototype.
Ligeledes er anvendelse af nye materialer interessant i særdeleshed i forbindelse med at udvikle produkter med minimal eller ingen vedligehold og rengøring.

mvh
Morten Laugesen
Micro Matic A/S

BSK
Mandag d. 23/4-12 kl. 17:38

Udvikling af produkter med unikke egenskaber, som bla. også er muliggjort ved nye produktionsmetoder som Additive manufacturing, har et stort potentiale for os. Når vi som en mindre vækstvirksomhed samtidig har muligheden for at deltage i en gruppe som F.MAT, der har rammerne til at dække alt fra idé til færdige kommercielle produkter i mindre styktal, bliver det rigtig interessant.

Bøje Kjær
Direktør
CeramicSpeed.

Jens Christian Lodberg Høj
Onsdag d. 25/4-12 kl. 13:36

Som aktiv klynge indenfor den voksende branche af E-mobilitet er det yderst interessant for os at der i Danmark bliver lavet forskning i nye materialer og produktionsformer.
Network of Automotive Excellence som er OEM'ernes organ til at få nye input havde direkte et fokus omkring Smart materials and Manufacturing, og dette rammer direkte ned her.
Branchen har brug for lettere, stærkere og intelligente materialer til billige penge og her kan de danske GTS'ere være med til at flytte forskning fra universiteterne og egne laboratorier ud i industrien og løfte den danske E-mobilitets industri.

Jens Christian Lodberg Høj
Projektleder
Insero E-Mobility

Peter Wittrock
Mandag d. 30/4-12 kl. 15:05

Vi er en dansk brille producent, som i dag har vi egen produktion af kulfiber briller. Vi søger altid nye veje at konkurrentergå, der kan differencer os fra vores konkurrenter. Den ”Additive manufacturing” giver os flere fordele:

Mulighed for at skabe design der ved konventionel fremstillings metoder ikke er mulige.
Mulighed for at producer til ordre, undgå stor lagerbinding.
Mulighed for at besværliggøre ”copy paste” i Kina.
Mulighed for at personliggørelse af slutproduktet, uden stor ekstra omkost.

Det område vi befinder os i er lige nu SLM ”manufacturing” i titanium og de udfordringer vi ser som de vigtigst for os for at komme ”helt i mål” er:

Optimal udnyttelse af print areal, for at kunne prisniveauet nede.
Overflade behandling af den rå printet titanium. Her ligger den største udfordring set med vores optik.
Farvning af titanium i meget slidstærk kvalitet, og i alle regnbues farver.

Peter Wittrock
Designer
Bellinger A/S
www.bellinger.dk og www.blac.dk

Jesper Vejlø Carstensen
Torsdag d. 3/5-12 kl. 09:33

Vi udvikler fremtidens dieselmotorer til fremdrift af de store skibe på verdenshavene. Der stræbes efter højere ydelse, reduceret emission og kompakt design, hvilket stiller stadigt større krav til de materialer, der anvendes i vore motorer.

Aktiviteten Manufacturing Materials hilses derfor varmt velkommen. Vi ser især muligheder i de nye additive manufacturing teknologier samt i udviklingen af Functionally Graded Materials/Coatings.

Muligheden for at skræddersy materialer med modsatrettede egenskaber - f.eks. høj styrke kombineret med duktilitet - åbner nye døre for udvikling af optimerede komponenter.

Jesper Vejlø Carstensen
Senior Research Engineer
MAN Diesel & Turbo Copenhagen
www.mandieselturbo.com

Mikkel Agerbæk
Tirsdag d. 8/5-12 kl. 16:26

Dear Jeremie
Thanks for your comments. We agree very much in the need to keep track on technological development and new possibilites for commercialising materials development. The advantages of Additive Manufacturing are directly linked to the development of materials. As the technology is only using the necessary material for the part, it will open the door to new hybrid materials, specially developed for an application.
Best regards
Mikkel Agerbæk

Mikkel Agerbæk
Tirsdag d. 8/5-12 kl. 16:37

Kære Peter Wittrock

Tak for din kommentering af vores aktivitetsforslag om manufacturing Materials. Vi er selvfølgelig helt enige i dine betragtninger om fordelene ved Additive manufacturing, og udfordringerne. En aktivitet er derfor også at bringe vores nye maskininvestering til at kunne printe i Titanium i spil i denne aktivitet. Derved vil fx Bellinger få mulighed for at kunne producere individuelt tilpassede brillestel, eller give mulighed for individuelt kundedesign.
Samme Teknologi er allerede anvendt med succes til fremstilling af brugertilpassede høreapparater, dog i et polymerpateriale i stedet.
Venlig hilsen
Mikkel Agerbæk

Mikkel Agerbæk
Tirsdag d. 8/5-12 kl. 16:45

Kære Jesper Vejlø Carstensen

Først og fremmes tak for din kommentar og støtte til vores aktivitetsforslag.
Det er netop de drivkræfter du nævner som væsentlige for materialeudviklingen som er fundamentet for denne aktivitet. Vi tror også at det er på disse punkter dansk industri skal gøre den forskel som sætter dem i stand til at konkurrere globalt. Det være sig store skibsdieselmotorer eller mindre komponenter til disse som vægtreducerede og styrkeoptimerede hydraulikmanifolder.
Venlig hilsen
Mikkel Agerbæk

Christian Jensen
Mandag d. 14/5-12 kl. 11:01

Som aktive indenfor den militære branchen oplever vi dagligt et øget fokus på at sikre vores soldater, såvel i krig som i fredsbevarende operationer.

Der vil være et stort potentiale i at kunne skræddersyet materialer med høj styrke og duktilitet på baggrund af nye materialer eller den korrekte sammensætning af eksisterende.

Venlig hilsen
Christian Jensen
FALCK SCHMIDT Defence Systems

ulrich.kruhne
Mandag d. 14/5-12 kl. 13:53

Vi har brug for at komme frem til at fremstille mikrofluidiske systemer med hjælp af ”additive manufacturing”.
I dag er alt for mange rapid prototyping processer begrænset med hensyn til de materiale man kan benytter eller man kan ikke opnå de fine dimensioner de er nødvendig for at teste mikro- eller nanoteknologiske produkt idéer.
Det er på tide for at har adgang til en økonomisk tiltrækkende bottom-up metode til at understøtte innovative prototyper.

Venlig hilsen
Ulrich Krühne
DTU Kemiteknik

Leif Johannsen
Torsdag d. 24/5-12 kl. 10:25

Ortofon har efterhånden en del erfaring med anvendelse af SLM-emner i vores produkter. Vi ønsker klart at fortsætte på denne kurs og enhver ny udvikling vil blive vurderet mht anvendelse og fordele. Ortofon er specialist i små emner, herunder sprøjtestøbte emner, og termoplastiske hybrider kunne være en interessant vej at følge. Endvidere er Ortofon specialist i små transducere, hvilket betyder at optimering af materialers magnetiske egenskaber lyder som en god idé. Og når Netværk for Dansk Lydteknologi samtidigt har et arbejde i gang med at etablere et Nationalt Transducerudviklingscenter kunne tingene jo gå op i en højere enhed. Danmark har en lang tradition samt stort know-how indenfor transducere af forskellige slags og bør beholde en førende rolle.

Med venlig hilsen
Leif Johannsen
Udviklingschef
Ortofon A/S

jesper.christiansen
Mandag d. 4/6-12 kl. 13:18

Jeg er som leder af f.eks. NANOTOUGH og det kommende EVOLUTION begge store projekter under FP-7 med bilindustrien som primær industriel partner ret bekymret for at Danske virksomheder mister deres grundlag for produktion. Vi har en stor dansk bilindustri som er baseret på underleverancer til den europæiske bilindustri, idag især baseret på metaller. Men billedet som tegner sig er, at der fremover vil være færre leverandører af mere specialicerede funktionsintegrerede produkter, som f.eks. komposit hybrider. Disse kan ikke fremstilles i kun en enkelt konventionel proces men vil integrerer en række forskellige processer ligesom selve produktudviklingen vil være meget videnstung. Bilindustrien er ikke den eneste industri som står overfor et paradigmeskift hvad angår materialer og preocesser. Derfor er det er helt afgørende at et projekt som dette støttes og prioriteres set fra min stol.

Jesper deClaville Christiansen
Professor, PhD
Aalborg Universitet

karstenlumbye
Mandag d. 4/6-12 kl. 16:00

Insero arbejder med ventureinvesteringer og støtter forskning og uvikling, hvorfor vi har stor fokus på de konkurrenceparametre vi har,kan opnå og forbedre i Danmark. Heriblandt "designing for materials". Dette projektområde, vil give dansk industri og forskning mulighed for at udbygge de kompetencer vi har i at udvikle produkter og forretning, der dels bygger på nye features men også på, at vi udvikler produkter, der har en konkurrencemæssig fordel i den produktion, der skal skabe dem.

Vi finder derfor dette område særdeles interessant

Karsten Lumbye Jensen
Innovationschef
Insero

Mikkel Agerbæk
Søndag d. 10/6-12 kl. 19:18

Kære Karsten Lundbye Jensen

Tak for din kommentar og din støtte til den foreslåede aktivitet. Vi er helt enige i, at ”Materials by Design” vil have et stort potentiale inden for mange forskellige anvendelsesområder, hvor energi jo helt klart vil være en af disse, men også andre områder vil kunne anvende disse nye materialeegenskaber til at skabe bæredygtig vækst og udvikling. Vi samarbejder meget gerne med lokale iværksætterfonde omkring udnyttelsen af disse muligheder.

Med venlig hilsen
Mikkel Agerbæk

Mikkel Agerbæk
Søndag d. 10/6-12 kl. 19:23

Kære Christian Jensen

Tak for din kommentar omkring anvendelse af avancerede materialer til forsvarsindustrien. Materialernes avancerede og komplekse sammensætning vil efter vores mening resultere i materialeegenskaber, der overstiger de gængse letvægtsmaterialer, som vi kender i dag, og vi samarbejder gerne med mange forskellige industrier om udvikling og udnyttelse af disse avancerede materialer.

Med venlig hilsen
Mikkel Agerbæk

Mikkel Agerbæk
Søndag d. 10/6-12 kl. 19:26

Kære Ulrich Krühne

Først og fremmest tak for din kommentar. Der arbejdes intensivt med at udvikle ”Additive manufacturing” teknologier med finere detaljer og overflader, herunder micro-stereolitografi og additive manufacturing, således at emnerne kan anvendes til produkter, hvor der kræves høj præcision på mikroniveau.

Med venlig hilsen
Mikkel Agerbæk

Mikkel Agerbæk
Søndag d. 10/6-12 kl. 19:30

Kære Leif Johannsen

Tak for din kommentar omkring perspektiverne ved anvendelse af nye avancerede hybridmaterialer. Vi indgår gerne i samarbejde med både enkeltvirksomheder og netværk omkring udvikling af materialer rettet mod specifikke anvendelsesområder, og transducer området vil bestemt være et interessant applikationsområde.

Med venlig hilsen
Mikkel Agerbæk