Innlegg

KONGSBERG og ReThink samarbeider om innovativt mulighetsstudie for satellittmekanismer

Kongsberg Defence & Aerospace (KDA) utvikler fremtidens mekanismer for å bevege antenner ombord på satellitter. Det stilles stadig strengere krav til lavere vekt, raskere bevegelse og mer presis pekenøyaktighet, samtidig som pris og ledetid skal reduseres.

Programområdet for Space Mechanisms har lang erfaring med design, sammenstilling og test av mekanismer for antennepeking og rotasjon av solcellepanel på satellitter. Den største kunden er European Space Agency (ESA) og produktene inngår i de viktigste programmene for jordobservasjon, meteorologi og vitenskap.

I dag benyttes det i stor grad tradisjonelle produksjonsmetoder med vel etablerte og kvalifiserte prosesser for fremstilling av strukturdeler. For å være markedsledende i fremtiden vil man på lik linje med i dag være avhengig av å utvikle produkter som yter bedre enn konkurrenten, men som samtidig har en konkurransedyktig pris og kortere ledetid. Dette krever nye tankesett.

Det ble raskt tydelig at det nye antennekonseptet med større antenneflater var en kandidat for å vurdere alternativ produksjonsmetode. Fremtidige ytelseskrav for Antenna Pointing Mechanisms (APM) er ekstreme og jeg var bekymret for at det ville være svært utfordrende og kostdrivende å komme frem til en akseptabel løsning gitt vår nåværende designmetodikk og kapabilitet, forteller Johan Mürer, Produktsjef for Antenna Pointing Mechanisms.

Johan Mürer tok kontakt med Peder August Aune og Christer Kobbevik Oldeide, begge Technical Leads i ReThink for å se på potensiale for å optimalisere design og produksjonsmetode for det store antennekonseptet med tanke på vektreduksjon.

ReThink bidrar til nytenking av produktutvikling

ReThink er et nasjonalt kompetansesenter i Kongsberg med fokus på produkt- og systemdesign innen Additive Manufacturing. Det er Kongsberg Gruppen, TechnipFMC, Kongsberg Automotive og GKN Aerospace som står bak etableringen av senteret. ReThink er et prosjekt i Kongsberg Klyngen og er lokalisert hos Kongsberg Innovasjon.

Additive Manufacturing er et samlebegrep for produksjonsteknologier, hvor produktet bygges lagvis opp av ulike materialer. En positiv effekt er også at det gir en bedre utnyttelse av materialet som bidrar til en bærekraftig produksjon. Additive produksjonsmetoder gjør det mulig å produsere produkter man ikke kunne skape tidligere, nettopp fordi konstruksjonen bygges opp lagvis.

Det har vært veldig spennende og lærerikt å bruke design for Additive Manufacturing til å ta frem en mulighetsdemonstrator for romindustrien. Vi valgte å se på redesign av 4 komponenter fra et potensielt fremtidig APM-design – begge antennespeilene samt to andre strukturelle sub-komponenter. Deretter tok vi i bruk ReThink sin designmetodikk og digitale verktøy og brukte spesifikt topologioptimalisering for å skape et optimalt nytt design for hver av komponentene, forteller en entusiastisk Peder August Aune.

Etter i underkant av 6 uker, presenterte ReThink et imponerende resultat av demonstratoren som viste hele 40% vektreduksjon og mer enn 100% økning i stivhet til vekt (spesifikk stivhet).

Både vekt og stivhet er viktige egenskaper for komponenter til satellitter for å kunne tåle den enorme påkjenningen av vibrasjon ved oppskyting til jordbanen satellitten skal befinne seg i. Vekten er en stor kostdriver for oppskyting.

Resultatet ble presentert til stor kollektiv entusiasme fra både ReThink og KDA.

Som et fullstendig og endelig bevis på metodikkens gjennomførbarhet har vi printet ferdige prototyper i høystyrke aluminium hos en ledende samarbeidspartner på AM for space og aerospace, APWORKS i Tyskland. Resultatet gir et organisk og slankt, høyst delikate utseende med ekstremt tynne materialtykkelser. Men vi kan forsikre, gjennom avanserte analyseresultater, at delene uten problemer vil tåle en utskytning, sier Christer Kobbevik Oldeide, Technical Lead i ReThink.

 

For dette prosjektet har vi faktisk valgt å legge oss på en konservativ linje og det er dermed mulig å forbedre ytelsen ytterligere, legger Aune til.

Åpner opp store muligheter for fremtiden

Mulighetsstudie har blitt forelagt ESA som var svært positive til det gode resultatet som er oppnådd med særdeles få timer. ESA har i dag støtteordninger for teknologimodninger og utvikling av produkter og oppfordrer KDA til videre arbeid innenfor AM.

Det gjenstår fortsatt en god del arbeid for å kvalifisere romfartsprodukter som består av komponenter utviklet ved hjelp av AM. Konkret vil det være behov for å sikre produksjonsmetoden for stabil kvalitet samt få ned stykkpris og etterbehandling av delene for å oppnå riktig overflatefinhet og toleranser. Dette er en investering som må tas før KDA kan tilby APM med 3D-printing.

ReThink er svært stolte og glade for muligheten til å bidra med kompetanse til et prosjekt med så krevende tekniske utfordringer som satellitteknologien til Kongsberg Defence & Aerospace representerer, sier Lars Lyshaug som er daglig leder i ReThink. At vi i samarbeid med prosjektteamet på kort tid har oppnådd ekstreme resultater, viser med all tydelighet potensialet som ligger i denne teknologien, og vi gleder oss til videre samarbeid, sier Lyshaug.

ReThinks utnyttelse av optimaliseringsteknologi i dette tilfelle har skapt interesse også ut over våre egne landegrenser. En av samarbeidspartnerne, Altair, fremhever ReThink som en god samarbeidspartner.

Det som ReThink har demonstrert i prosjektet for Konsberg Defence & Aerospace viser tydelig at de er i forkant når det gjelder å bruke optimaliseringsdrevet design, sier Joakim Lindholm, Sales Director, Altair. – Denne teknologien vil fortsette å endre spillereglene for mekanisk design, og spiller en stadig viktigere rolle for alle selskaper som ønsker å være ledende innen sitt respektive felt.

ReThink er uten tvil, en organisasjon som er veldig godt rustet til å hjelpe bedrifter med å oppnå dette. Vi i Altair er stolte av å samarbeide med ReThink slik at de kan fortsette å flytte grensene for hva som er mulig. Vi gleder oss til fortsettelsen, forteller Lindholm begeistret.

Hjelper Kongsbergindustrien med nye produksjonsmetoder

Kongsberg Innovasjon leder ReThink – et nasjonalt testsenter som skal sikre industrien på Kongsberg kompetanse om additiv produksjon. Nå har testsenteret fått, Digitread, med på laget. Selskapet skal bidra med verktøy og til å utvikle ny metodikk.

Denne saken ble først publisert på: digitread.com

Tradisjonelle produksjonsmetoder består gjerne av prosesser der materialer støpes, valses eller stanses ut før de enkelte komponentene settes sammen og blir til nye produkter. Additiv produksjon derimot, betyr å legge materialer lag på lag, som for eksempel når noe 3D-printes. Additive produksjonsmetoder gjør det mulig å produsere produkter man ikke kunne skape tidligere, nettopp fordi konstruksjonen bygges opp lagvis. Til tross for at kunnskapen om additiv produksjon har blitt bedre og prisene på 3D-printere har gått ned, har man enda ikke klart å utnytte denne teknologien i særlig grad industrielt. Det er få produkter vi omgir oss med som er tilvirket på denne måten.

Lars Lyshaug, Kongsberg Klyngen

Vil ha kunnskap

– Vi ser at additiv produksjon og tilvirkningsteknologi er et tog vi gjerne vil hoppe på fordi vi vil henge med i utviklingen som kommer. Det er viktig at industrien vår kan ta ut nytteeffektene av det, sier Lars Lyshaug i Kongsberg Innovasjon. Han leder prosjektet hvor bedriftene i Kongsberg Klyngen har gått sammen om å etablere et testsenter hvor de skal bygge opp kompetanse om hvordan nye moderne designverktøy, tilpasset additiv produksjon, kan tilføre industrien verdier.

– Derfor er vi ute etter å lære mer om radikal ny design og om hvordan komponenter og produkter kan fremstilles på helt nye måter enn de tradisjonelle måtene vi benytter i dag, fortsetter han.

Nye utfordringer krever nye tankesett

En omlegging til additiv produksjon vil kreve endringer i hvordan man er organisert, hvordan komponenter designes og om hvordan man tenker og utnytter de ulike løsningene for å dra nytte av alle mulighetene. At endring er nødvendig forklarer administrerende direktør i Digitread, Magnus Normann, på følgende måte:

– Hvis vi for eksempel tar utgangspunkt i deler som 3D-printes, så må delene herdes. Imidlertid kan herdeprosessen føre til at materialene blir bøyd. Dermed kan det hende at vi må designe noe som er bøyd for at det ferdige sluttproduktet skal bli rett. Dette betyr med andre ord at designeren må inneha spesielle kunnskaper om materialer og ta helt andre hensyn når noe skal designes for additiv produksjon, enn når han designer noe for andre produksjonsmetoder.

– Tidligere måtte vi legge stor vekt på selve produksjonen man skulle benytte når et produkt ble designet. Det måtte tas hensyn til om det skulle støpes, eller kanskje freses. Det blir mindre viktig å ta slike hensyn med additiv produksjon. I dag snakker vi om topologioptimalisering, en metode hvor vi lar designverktøyene optimalisere formen i forhold til hvilken funksjon som produktet skal utføre, forklarer Normann.

Enkelt forklart er det systemene som genererer den aller beste formen og som tar hensyn til spesifikasjoner som vektbelastning, trykk og temperaturer som produktet må tåle. Den enorme datakraften som finnes i datasystemene, kan bidra til å skape organiske former som er perfekte til å løse produktets funksjon og sørger for at topologien i produktet blir optimalt. En slik utvikling krever ikke bare gode tekniske verktøy. Vi trenger også at designerne tilegner seg nye kunnskaper, og adapterer en ny metodikk.

– For når produksjonsmåtene endres, må også designmetodikken forandres, tilføyer han.

Et samarbeidsprosjekt

Avtalen mellom Kongsberg Klyngen og Digitread ble gjort mot slutten av fjoråret. Det er snakk om et løpende samarbeid som innebærer at Kongsberg Klyngen får tilgang til Siemens markedsledende designverktøy, og i tillegg bidrar Digitread med personell som skal hjelpe dem med å utvikle metodikk og arbeidsmetoder som setter industrien i stand til å lykkes.

– For oss har det vært viktig å plukke ut leverandører som er langt fremme rent teknologisk og som er opptatt av mer enn å bare selge programvare. Leverandører som ønsker å finne de beste løsningene og er samarbeidsorienterte. Valget falt også på Digitread, og Siemens’ programvare, fordi de leverer verktøy som industrien enten benytter delvis eller fullt ut i dag, sier Lars Lyshaug.

På testsenteret skal industrien kjøre prosjektene sine med bistand fra all kompetansen som senteret kan tilføre, blant annet gjennom samarbeidet med Digitread. Målet er at bedriftene deretter kan ta med seg erfaringene tilbake til egen virksomhet og videreutvikle teknologien og metodikken der.

– Vi er glade for dette samarbeidet og ser frem til å hjelpe industrien med verktøy som setter dem i stand til å designe på en måte som egner seg for additiv produksjon. Med den riktige metodikken tror jeg vi kan øke effektiviteten i norsk industri betraktelig. Det er viktig sett i forhold til den internasjonale konkurransen og er svært viktig for industrien på Kongsberg, understreker Normann.

Perspektivet er langsiktig

Kongsberg Klyngen har et langsiktig perspektiv på testsenteret og fra Senteret for Industrivekst (SIVA), har klyngen søkt om midler gjennom programmet Norsk Katapult:

– Hvis vi får disse midlene vil vi få en helt annen økonomisk ryggrad til å løfte prosjektet vårt. Vi samarbeider blant andre også med Manufacturing Technology Catapult Center på Raufoss, med Sintef og med Future Materials Catapult Center i Grimstad. Summen av alle disse faktorene kan løfte oss til et nivå der nedslagsfeltet vårt ikke bare blir lokalt, men nasjonalt, forklarer Lyshaug.

– Akkurat nå er vi inne i en oppstartsfase der vi arbeider med fire helt konkrete prosjekter som vi gransker for å finne ut om egner seg for topologioptimalisering og additiv design. Deretter går vi over i neste utviklingsfase, og den regner vi med å komme i gang med i løpet av våren, avslutter Lyshaug.

OM KONGSBERG KLYNGEN

  • NCE Systems Engineering, eller Kongsberg Klyngen, er et «Norwegian Centre of Expertise» med kjernekompetanse innen systems engineering
  • Klyngen består av en rekke høyteknologiske bedrifter med verdensledende markedsposisjoner i mange bransjer
  • Bedriftene i Kongsberg Klyngen er svært innovative og bruker cirka tre milliarder norske kroner hvert år til forskning, utvikling og innovasjon
  • Siden 2006 har NCE Systems Engineering hatt status som en global kompetanseklynge og virksomheten er en integrert del av Kongsberg Innovasjon

Satser på digitalt kompetansesenter med ny revolusjonerende teknologi

Bedriftene i Kongsbergklyngen bidrar med betydelige finansielle midler og ressurser til etablering av nasjonalt test og kompetansesenter. Kompetansesenteret skal ha fokus på nye teknologier og digitale verktøy for design av produkter.

Kongsberg Gruppen, TechnipFMC, GKN Aerospace og Kongsberg Automotive har tegnet en samarbeidsavtale for et nytt digitalt kompetansesenter. Formålet er i første fase å bygge kompetanse innen nye teknologier og digitale verktøy for design av produkter, med additiv tilvirkning som produksjonsmetode. I Additiv tilvirkning lages avanserte tredimensjonale strukturer i metall, plast eller i noen andre materialer i 3D printere.Senterets hovedfokus vil være å fjerne flaskehalsen mange bedrifter opplever i forbindelse med anvendelse av stadig nye muliggjørende teknologier, nemlig hvordan både store og små bedrifter i praksis skal forberede seg for å utnytte ny teknologi og nye markedsmuligheter. Ved å involvere universitet, fagskole og lærlingutdanning, vil vi kunne sikre kompetansebygging og videreutdanningstilbud for både fagarbeidere og ingeniører, slik at de kan designe produkter med nye egenskaper ved hjelp av ny teknologi. Torsdag 26. september var produkteiere og teknologiledere fra partnerne, akademia, nasjonale og internasjonale samarbeidspartnere, samt ledende leverandører, samlet til åpning og kick-start av kompetansesenteret.Med fullsatt sal, presenterte dyktige foredragsholdere en fremtid basert på ny teknologi.

Produksjonssiden – en viktig faktor ved innføring av ny teknologi

Additiv tilvirkning er fremtidens produksjonsmetode som gir nye muligheter for industrien. Teknologien benyttes allerede innenfor helsebransjen, aerospace og forbrukervarer. Eksempelvis kan flymotorer lages betydelig lettere ved å endre designet og benytte en 3D printer ved produksjon av komponentene. Andre eksempler er skreddersydde implantater, prototyper og tilpassede sykkelrammer.

– Det å kunne produsere ting vi aldri før har kunnet lage, med helt nye egenskaper, raskere, mer effektivt med nøyaktig presisjon vil ha stor innvirkning på videre utvikling for hvordan vi produserer, forteller Peder A. Aune, Industrial design engineer KDS DMA.– Ved å benytte additiv tilvirkning ligger det ny innovasjon og uoppdaget marked med uante muligheter, som kun stoppes av fantasien, sier han.

Kompetansesenter i Kongsberg Teknologipark

Senteret skal hjelpe små og store bedrifter til å ta i bruk, teste, simulere og visualisere nye løsninger i et industrielt miljø. Her vil det være enkel tilgang til ekspertise, utstyr og lokaler som skal bidra til raskere utvikling og økt konkurransekraft både nasjonalt og internasjonalt. Senteret vil bli lokalisert i Kongsberg Teknologipark hos Kongsberg Innovasjon

– Et digitalt kompetansesenter som dette, med ambisjoner om å ta en nasjonal posisjon innen området, vil legge til rette for ny kompetanse som vil gi store muligheter for Norsk industri. Med Kongsberg-industrien i ryggen og sammen med sterke samarbeidspartnere kan vi nå legge til rette for at prosjekter og initiativer innen dette området kan bli realisert. Derfor er dette et veldig viktig satsningsområde for Kongsberg-industrien, avslutter Lars Lyshaug, leder for klyngeprosjekter i Kongsbergklyngen.

For ytterligere informasjon, kontakt:
Lars Lyshaug, leder for klyngeprosjekter Kongsbergklyngen.
E-post: lars.lyshaug@k-i.no Mobil: +47 901 40 286