Reparasjon: moderne teknologi kan fornye produkter

Sammendrag:

Norsk industri jobber kontinuerlig med å reparere produkter som av ulike årsaker har gått i stykker. En rekke reparasjonsmetoder brukes, men flere av de kan være dyre og tidskrevende. Nye reparasjonsteknologier har et uutnyttet potensial som kan overkomme dagens begrensninger. En av disse teknologiene er additiv tilvirkning, også kjent som 3D-printing. Den tillater at ødelagte deler repareres raskt, eller at nye deler produseres kjapt. Additive teknologier kan derfor gjøre samfunnet mer bærekraftig ved å øke levetiden til eksisterende produkter.

Bilde: Additiv tilvirkning (3D-printing) brukes for å bygge produkter lag for lag. Det kan også brukes til å reparere deler av produkter.

Hva betyr reparasjon?

Et produkt er ofte designet for å ha en bestemt levetid. Når produktet blir ødelagt eller for slitt til å kunne brukes blir det til avfall. For at samfunnet skal bli mer bærekraftig bør produkter derfor bli reparert, gjenprodusert eller resirkulert.

• Resirkulering betyr at f.eks. metall fra et produkt blir smeltet om til et nytt råmateriale.
• Reparasjon betyr at produktet blir satt tilbake til sin opprinnelige tilstand ved å bytte ut eller reparere ødelagte deler.
• Gjenproduksjon betyr at produktet sendes tilbake til produsenten og går gjennom hele produksjonsprosessen på nytt. Her blir hele produktet gjennomgått og utvalgte deler erstattet.

Målet med gjenproduksjon er at produktet blir så godt som nytt og levetiden økt tilsvarende et helt nytt produkt. Både reparasjon og gjenproduksjon kan forlenge levetiden til produkter på en kostnadseffektiv og bærekraftig måte.

Figur 1: En illustrasjon av hva som skiller resirkulering fra reparasjon og gjenproduksjon.

Reparasjon med additiv tilvirkning

Additiv tilvirkning har blitt sett på som en game-changer innenfor flere industrier. Teknologien gjør det mulig å produsere produkter med kompliserte geometrier på en enkel og effektiv måte. Prosessen kjennetegnes ved at et produkt blir bygget opp lag for lag. Vi har tidligere beskrevet hvordan additiv tilvirkning fungerer i innlegget – Additiv produksjon kan gi mer bærekraftige produkter med mindre avfall (2).

Figur 2: Additiv tilvirkning gir mindre avfall og kan brukes med mer kompliserte design (kilde)

Produkter av metall vil f.eks. slites over tid. Etter hvert vil ikke produktet yte like bra som et nytt produkt. En typisk utfordring er produkter som er utsatt for kavitasjon og erosjon. I slike tilfeller har produktet skader i overflaten som enkelt kan repareres ved å lagvis deponere nytt materiale lokalt på produktet. De unike fordelene med additive teknologien gjør det mulig å reparere ødelagte produkter hvor f.eks. biter av produktet har blitt slitt vekk. Produktet får dermed tilbake sin opprinnelige form og funksjon på en rask og kostnadseffektiv måte.

Case: reparasjon av korrodert ventil Nordic Additive Manufacturing (NAM) (3) har ved hjelp av sin laser-metal-deposition-maskin demonstrert mulighetene additiv teknologi tilbyr innenfor reparasjon. En stålventil (15-5 PH) hadde store skader i overflaten grunnet kavitasjon, mens resten av ventilen var uten skader. Store kostnader ble spart ved å reparere fremfor å bytte ut ventilen med en ny. NAM reparerte ventilen ved å deponere et belegg av Stellite 6 på overflaten. Til slutt ble ventilen maskinert for å oppnå en lav overflateruhet. Den deponerte legeringen er slite-sterk og med god korrosjonsmotstand, som har resultert i at den reparerte ventilen per i dag har utlevd det opprinnelige produktet i bruk. Figur 3: Bilder av ventilen før og etter reparasjon. Publisert med tillatelse fra Nordic Additive Manufacturing.

Mer forskning er nødvendig

Fremdeles er det mange spørsmål som må besvares før man kan ta i bruk additiv teknologi for å reparere alle ødelagte produkter der ute. Det er behov for økt kunnskap om hvilke materialer og additive teknologier som er best egnet for reparasjon av ulike typer produkter. Design, bruksområde og krav til produktets sluttegenskaper må evalueres for å få best mulig resultat. I AMRREX prosjektet (4) er SINTEF med å på å utforske nettopp disse spørsmålene. Spesielt viktig er det i fremtiden å fokusere på design av nye produkter og at dette legger til rette for reparasjon og gjenproduksjon. Dette kan f.eks. gjøres gjennom bruk av ulike materialer som lar seg reparere gjennom additive tilvirkning.

For å utforske potensialet som additiv teknologi har innenfor gjenproduksjon er det nødvendig å identifisere flere applikasjonsområder hvor additiv-teknologiens fordeler kan utnyttes til sitt fulle. Additiv Manufacturing-gruppen til SINTEF jobber for øyeblikket med å identifisere nye industrielle applikasjonsområder. En viktig del av arbeidet er å tilby forstudier for mulige additive applikasjoner for norsk Industri. Ta kontakt med forskningsleder Vegard Brøtan (vegard.brotan@sintef.no) for mer informasjon.

Tekst og illustrasjoner av Vegard Brøtan, Siri Marthe Arbo, Even Wilberg Hovig, Klas Boivie og Adam Tzur.

Referanser

1. https://www.sintefbok.no/book/download/1227/sirkulaer_oekonomi_en_haandbok_20022020pdf
2. https://blogg.sintef.no/vareproduksjon-nb/additiv-produksjon-barekraft/
3. https://www.nordicadditive.no/
4. https://www.sintef.no/en/projects/2018/amrrex-additive-manufacturing-for-repair-and-refurbishment-of-offshore-components-to-extend-structural-lifetime/