Stålbrua skal testes før den plasseres over en kanal i Amsterdam.
Stålbrua skal testes før den plasseres over en kanal i Amsterdam.

MX3D skriver ut stålbro i 3D

3D-printet en hel bru i stål

Plasserer den over en kanal i Amsterdam.

  • Bygg

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.

Brodekket, maling og sensorer mangler fremdeles, men hovedspennet på verdens første 3D-utskrevne stålbro er nå endelig ferdig. Thijs Wolzak / MX3D Foto: Thijs Wolzak / MX3D

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.

Slik forestilte designerne fra Joris Laarman Lab seg opprinnelig at broen skulle se ut og produceres. Men prosessen viste seg å være mer komplisert enn de først trodde. Foto: Joris Laarman Lab / MX3D Foto: Joris Laarman Lab / MX3D

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.

Andre versjon av designet har blitt til ved hjelp av Autodesks parametriske designprogram Dreamcatcher. Men heller ikke det holdt til møtet med virkeligheten. Foto: Joris Laarman Lab / MX3D Foto: Joris Laarman Lab / MX3D

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.

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.

Med hjelp fra ingeniører fra Arup fant designerne og MX3D fram til et design som både kunne produseres og dokumenteres, slik at broen kunne godkjennes. Foto: Joris Laarman Lab / MX3D

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.

Broen er skrevet ut i seksjoner på omkring én meters lengde, og deretter har de blitt sveiset sammen. Å sveise seg framover med robotene kravlende på broen viste seg å være for vanskelig på nåværende tidspunkt. Foto: Olivier de Gruijter / MX3D

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.

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

Kommentarer (6)

Kommentarer (6)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå