Industriel 3D-print

Teknologisk Institut og Heatflow udvikler energibesparende køleløsning til datacentre med 3D-print. På sigt kan den gøre overskudsvarmen anvendelig til fjernvarme.

Datacentre står over for en voksende udfordring med stigende energiforbrug til køling af servere og GPU'er. Et europæisk forskningsprojekt har nu demonstreret en ny køleløsning, der reducerer energiforbruget betydeligt og forlænger levetiden på computerchips – og så muliggør løsningen genanvendelse af overskudsvarme.

I det nyligt afsluttede AM2PC-projekt har Teknologisk Institut og Heatflow sammen med to udenlandske partnere udviklet og testet en 3D-printet kølekomponent til datacentre og højtydende computere. Løsningen anvender passiv to-fasekøling og opnåede i tests en kølekapacitet på 600 watt – 50 procent mere end det oprindelige mål på 400 watt.

Udviklingen kommer på et tidspunkt, hvor datacentres energiforbrug udgør en stigende udfordring. I lande som Irland bruger datacentre fx en så stor andel af det samlede energiforbrug, at der er indført lovgivningsmæssige begrænsninger. 

- Udover selve IT-hardwaren er den tilhørende køleinfrastruktur en af de største energiforbrugere i et datacenter – og dermed det største potentiale for at forbedre den samlede systemeffektivitet, forklarer Simon Brudler, 3D-print specialist og seniorkonsulent på Teknologisk Institut.

Samtidig er GPU'ers effektforbrug steget fra 100-200 watt for få år siden til flere hundrede watt eller endda kilowatt i dag, så der er også behov for mere effektiv køling.

- Vi ser en udvikling, hvor effekttætheden i servere stiger hurtigere end nogensinde før, og traditionel luftkøling er simpelthen ikke tilstrækkelig længere. Med vores to-faseløsning kan vi fjerne varmen passivt uden pumper eller blæsere, hvilket reducerer energiforbruget til køling markant, siger Paw Mortensen, CEO i Heatflow, som stod i spidsen for AM2pC-projektet. 

Passiv køling uden energiforbrug
Den nye løsning adskiller sig fra konventionel luftkøling ved at bruge et kølemiddel, der fordamper på den varme overflade. Dampen stiger naturligt op på grund af forskellen i densitet, kondenserer et andet sted, hvor den afgiver varmen, og vender tilbage som væske ved hjælp af tyngdekraften. Den passive to-faseproces med kølemiddel – et såkaldt termosifon princip - kræver ingen pumper og forbruger derfor ingen energi til varmefjernelsen. Samtidig er fordampning langt mere effektiv end traditionel køling med luft og væske, så mængden af varme, der fjernes fra computerchippen, er langt højere - og chippen holdes køligere, hvilket er med til at forlænge dens levetid.

Nøglekomponenten i systemet er en fordamper, som Heatflow og Teknologisk Institut har udviklet og fremstillet ved hjælp af 3D-print. 

- Ved at 3D-printe komponenten kan vi integrere alle nødvendige funktioner i én samlet part. Det eliminerer samlingspunkter, reducerer risikoen for lækage og gør komponenten mere pålidelig. Samtidig bruger vi kun ét materiale, hvilket gør den lettere at genanvende, forklarer Simon Brudler.

Muliggør genanvendelse af overskudsvarme
Fokus for projektet har været at udvikle og fremstille fordamperen og validere dens ydelse. Det er lykkedes over al forventning – men et centralt resultat af projektet er også, at løsningen fjerner varme ved temperaturer mellem 60 og 80 grader Celsius. Når varmen udvindes ved så høje temperaturer, kan den bruges direkte i fjernvarmenettet uden yderligere energitilførsel, men den vil også kunne bruges til andre industrielle processer i fx fødevareindustri, tekstilindustri, papirindustri eller i landbruget til opvarmning af drivhuse - hvis disse processer er placeret i nærheden af varmeudledningen.

Til sammenligning fjerner traditionel luftkøling af servere typisk varmen ved lavere temperaturer, hvilket gør den mindre anvendelig til fjernvarme og industrielle processer.

- I projektet har vi ikke fokuseret på selve integrationen til fjernvarme, men vi har demonstreret, at teknologien muliggør det. Det er et vigtigt skridt mod mere energieffektive datacentre, der kan bidrage positivt til det samlede energiregnskab, understreger Simon Brudler.

Mindre materialeforbrug og bedre genanvendelighed
Ud over energibesparelsen under drift viser projektet også miljømæssige fordele i fremstillingen. Ved at anvende 3D-print reduceres det samlede materialeforbrug sammenlignet med konventionelle løsninger, der består af flere komponenter i forskellige materialer.

Og da komponenten netop er fremstillet i ét materiale, kan den lettere genanvendes ved endt levetid, da der ikke er behov for adskillelse af forskellige materialer. 

Da der er tale om et demonstrationsprojekt, er det for tidligt at tale om endelige miljøgevinster, men livscyklusanalyser indikerer, at løsningen kan reducere de samlede emissioner med 25-30 procent pr. enhed.

Om AM2PC-projektet
AM2PC er et europæisk forskningsprojekt, som har fokus på at udvikle en 3D-printet komponent til to-fasekøling af datacentre. Projektet er støttet af M-ERA.NET, hvor den danske bevilling kommer fra Innovationsfonden. Det samlede budget er på DKK 10 millioner, og projektperioden er 2023 til 2025. Ud over Heatflow ApS og Teknologisk Institut fra Danmark deltager også Open Engineering fra Belgien og Fraunhofer IWU fra Tyskland. 

Et nyt dansk udviklingsprojekt skal undersøge, om vanskeligt genanvendeligt tekstilaffald kan få nyt liv som 3D-printmateriale. Projektet, der går under navnet Tex2AM, samler partnere fra både erhvervsliv og forskning i et fælles mål om at skabe mere bæredygtige produktionsformer og mindske mængden af tekstilaffald i Danmark og Europa.

Hver europæer bruger i gennemsnit 19 kg tøj, sko og husholdningstekstiler om året, men kun 2,3 kg – svarende til ca. 12 procent – bliver faktisk genanvendt. Resten bliver brændt, deponeret eller sendt til udlandet – og det er et stort problem for både klima og miljø. Men hvad nu hvis det affald kunne blive til noget nyt?

Det skal projektet Tex2AM forsøge at finde svar på. Gennem en avanceret termomekanisk proces vil projektet undersøge, om tekstilaffald med højt indhold af polyester – som ellers er svært at genanvende – kan omdannes til plastbaseret filament til FDM-baseret 3D-print. Processen indebærer bl.a. mekanisk forbehandling og ekstrudering, hvor fibrene nedbrydes, renses og omdannes til et nyt kompositmateriale med de rette tekniske egenskaber til industriel additiv fremstilling.

Målet er at udvikle et genanvendt filament, der matcher eller supplerer eksisterende plastmaterialer med hensyn til styrke, flow-egenskaber og printbarhed, og som samtidig kan integreres i eksisterende produktionsopsætninger. Lykkes det, vil det kunne erstatte jomfruelig plast i industrielle produktioner og dermed give tekstilaffald et helt nyt liv.

Bag projektet står et stærkt dansk konsortium bestående af Dansk AM Hub, DTU og virksomhederne NewRetex, Eldan, Nordic Extrusion og MDT – med støtte fra Trace og Innovationsfonden.
“Vi ser et kæmpe potentiale i at tænke tekstilaffald som en værdifuld ressource. Med Tex2AM kan vi både reducere affaldsmængderne, mindske behovet for ny plast og samtidig styrke lokal, cirkulær produktion i Danmark. Det er præcis den type projekter, vi har brug for, hvis vi skal gøre den grønne omstilling konkret og anvendelig for dansk industri,” siger Frank Rosengreen Lorenzen, direktør i Dansk AM Hub.

Fra affald til innovation
Projektet løber frem til marts 2027 og har som ambition ikke blot at udvikle et nyt materiale – men også at finde konkrete anvendelser i industrien og udvikle en forretningsmodel, der gør det attraktivt for danske virksomheder at bruge det.

For at sikre industriel relevans vil projektet inddrage input fra produktionsvirksomheder til at identificere applikationer, hvor materialet kan erstatte eksisterende plasttyper – f.eks. i komponentproduktion, prototyping eller specialiseret montageudstyr. Samtidig skal der testes forskellige filamentdiametre, udskillelsesmetoder og additiver, for at forbedre stabilitet og ydeevne i printprocessen.

“Der findes et stort, uforløst potentiale i at omdanne komplekst tekstilaffald til højværdimaterialer til 3D-print. Med Tex2AM undersøger vi, hvordan man gennem mekanisk forbehandling og ekstrudering kan udvikle et plastbaseret kompositmateriale, der både genbruger affald og lever op til de tekniske krav, som industriel, additiv fremstilling stiller. Det er en vigtig bro mellem affaldsressourcer og cirkulær, digital produktion,” siger Senior Researcher, Venkata K. Nadimpalli, DTU Construct.

Dansk AM Hub har de seneste syv år løftet brugen af industriel 3D-print i dansk erhvervsliv. Nu bevilger Industriens Fond yderligere 30,5 mio. kr., der skal sikre, at endnu flere virksomheder anvender 3D-print i produktionen til gavn for både bæredygtighed og bundlinjer.

Bevillingen sikrer en forlængelse af Dansk AM Hub og kommer oveni i de knap 90 mio. kr., som Industriens Fond tidligere har givet i støtte. Dansk AM Hub er en erhvervsdrivende fond, som udspringer af visionen om at gøre Danmark og danske produktionsvirksomheder til verdens bedste i at anvende industriel 3D-print/additive manufacturing (AM) til at skabe en mere bæredygtig og konkurrencedygtig produktion.

3D-print er et vigtigt værktøj til smartere og mere bæredygtig produktion, og metoden rummer potentiale til at styrke den enkelte fremstillingsvirksomhed såvel som dansk erhvervslivs konkurrenceevne generelt.

"Dansk AM Hub har gang på gang bevist, at det med 3D-print er muligt at få et mere bæredygtigt produktionsdanmark. Med den nye bevilling sikrer vi, at Danmark og de danske produktionsvirksomheder også i fremtiden vil stå stærkt, når det handler om både grøn omstilling og en sund bundlinje," siger adm. direktør i Industriens Fond, Thomas Hofman-Bang.

Skarp konkurrence mod USA og Kina

Konkurrencen bliver i disse år skærpet for danske virksomheder, hvor både Kina og USA rykker kraftigt på produktionsområdet. Derfor er et øget kendskab til nye teknologier og forretningsmodeller afgørende, hvis danske virksomheder skal være i front, når det gælder udvikling, bæredygtig produktion og værdiskabelse.

"Danske virksomheder skal være mere bæredygtige, end de er i dag. Med den nye bevilling til Dansk AM Hub er vi med til at give produktionsvirksomhederne endnu bedre muligheder for at blive netop det," siger Thomas Hofman-Bang.

Dansk AM Hub har de senere år hjulpet mere end 400 danske virksomheder med viden, inspiration, innovation og hjælp til produktion af 3D-printede produkter. Det hele er nu kogt ned i forløbet AM Sustain, der styrker de danske produktionsvirksomheder.

CO2-beregner skal guide til nye produktionsmetoder

I forløbet indgår Dansk AM Hubs CO₂-beregner, der hjælper virksomheder med at se muligheder og gevinster ved at bruge 3D-print i dele af produktionen.

Med beregneren og viden fra de sidste syv års udbredelse af 3D-print i dansk industri har Dansk AM Hub allerede skabt afgørende resultater.

Blandt andet har en køle- og varmepumpeproducent, der 3D-metalprinter en manifold sænket CO₂-aftrykket på hver af deres kølepumper med 20.000 kg. (mere info her), mens en underleverandør til vindmølleindustrien med en nyudviklet 3D-printet såkaldt busbar (samleskinne) gør alle fremtidige vindmøller mere effektive.

"Vi ser frem til at skalere indsatsen og sikre, at endnu flere af vores dygtige og innovative producenter kan anvende 3D-print til en mere bæredygtig produktion. Med den nye bevilling får vi i endnu højere grad mulighed for at sikre et bæredygtigt erhvervsliv," siger Frank Rosengreen Lorenzen, adm. direktør i Dansk AM Hub.