Utan spaning ingen aning Etablering av ett internationellt nätverk inom det nystartade forskningsämnet Träproduktutveckling Olle Hagman Niclas Björngrim Lars Laitila Tobias Pahlberg Anders Norberg Europa
Bakgrund Syftet med resan är att etablera ett internationellt nätverk för oss som jobbar vid det nystartade forskningsämnet Träproduktutveckling/Wood Products Engineering. Träproduktutvecklings forskningsfokus ligger i gränsvolymen mellan träteknik, trämetri, visualisering, råvarans biologiska variation kombinerat med multivariat processkontroll och mjuka modeller. Forskningsämnet saknar en direkt motsvarighet inom träteknikområdet, men forskning på delmängder av det som ryms inom ramarna för träproduktutveckling finns vid andra universitet. Kontakt ska tas med forskare och företag inom business-to-consumer -sektorn, industriellt träbyggande, visualisering och simulering av trävärdekedjan, etc. Besök vid universitet och företag i Europa ger en omvärldsbevakning av forskning som tangerar forskningsämnet och ger en god grund för fortsatt forskning och samverkan inom området. Tack till Vi vill sända ett speciellt tack till Frans och Carl Kempes minnesstiftelse för finansieringen av denna studieresa.
11-11-16 onsdag Lemgo Efter tre flygturer landade vi i Hannover. Vi hämtade ut vår hyrbil, en grå VW Transporter. Därefter startades GPS:en upp och vi började styra mot Lemgo. En kort stund stannade vi och åt Schnitzlar på vägen. Det var blandat med trefiligt och smala serpentinvägar och vi kom fram till Lemgo efter ca en timmes bilkörning. Där väntade ett väldigt gemytligt hotell på oss. På kvällen planerades morgondagens aktiviteter och sedan var det sängdags. (a) (c) (d) (e) (f) Figur 1: (a) Lemgo gänget. Lemgo stad. (c) Resultat från 3D skrivare. (d) Ytfinhetsgranskning. (e) Lättviktskonstruktionsdemonstrator. (f) Fanérfolieringsmaskin. 11-11-17 torsdag På torsdagsmorgonen träffade vi Prof. Katja Frühwald samt doktoranderna Kerstin, Christian och Conrad på högskolan i Ostwestfahlen-Lippe. Katja jobbar med icke-förstörande tester på träkonstruktioner. Metoder som röntgen, tracheid-laser, ultraljud används för att identifiera sprickor och röta. För att röntga prover måste de bege sig till Hamburg eller Berlin. Katja vill gärna köra igång ett projekt där de mäter fukt i rektangulära balkar med reflekterande system. De är mest intresserade av tillämpad forskning och labbar ofta ute på företagens labb som är nyare och bättre. Före-
läsningar delas ofta 50/50 mellan experter från företag och professorer på universitetet. Professorerna har 18 timmars utbildning per vecka. För varje 50 000 Euro hon drar in i forskningsanslag minskar hennes undervisningstid med en timme. På högskolan erbjuder de en Bachelor och två masterutbildningar varav en som dubbel examen tillsammans med Universitet i Trieste Pordenone. Förutom träteknik har de också program inom management och logistik. De håller kurser i CAD/CAM i samarbete med industrin. Industripartnerna håller föreläsningar för att få visa upp sig och sitt företag, inte i första hand för att tjäna pengar. Vid högskolan har de till exempel skannat insidan av en bil för att tillverka inredningen. Intressant för oss är utvecklingen av programvara för hantering av CAD/CAM kopplat mot punktmoln och ytor. De parameteriserar även kök. Christian jobbar med återkoppling av information mellan CAD/CAM och verktygsmaskin för att succesivt förbättra systemet, informationen består av verktygsparametrar. I närområdet finns ett intresse för att mäta fuktkvot och röta i befintliga byggnationer. Stora träbalkar i korsvirkeshus, betong- och stenhus behöver kontrolleras. I området finns det flera mindre boksågverk, plywoodtillverkning, spånskivetillverkning och MDF-tillverkning. En före detta militäranläggning med närliggande bokskog kommer mest troligt omvandlas till nationalpark inom fem år vilket kommer orsaka stora problem för boksågverken. Tio mil söderut finns de stora gransågverken. The kitchen mile, med 27 möbelföretag inom en radie av två kilometer står för 1/3 av den tyska köksindustrin. I regionen finns 200 tillverkare av köksinredningar. Dessa har 25 000 anställda och omsätter fyra miljarder Euro. Anledningen till den höga koncentrationen av företag är närheten till råmaterialet (bok), arbetskraft och marknad. De började redan på 1800-talet med plywoodtillverkning av lock till smörtunnor och pre-fabricerade möbler. Anledningen till att möbelindustrin fick ett starkt fäste i regionen beror på att det finns 17 miljoner människor inom ett område på 116x67 km. Även närheten till företag som jobbar med plast, lim, metall, trä och pappersföretag har varit bidragande till den starka kökstillverkningsindustrin. Det finns inga träkonstruktionsföretag i de norra delarna av Tyskland. Husen som byggs i området är till 80 procent tillverkade av betong, tegel eller korsvirke. I Ostwestfalen får man maximalt bygga fyra våningar och 13 meter högt. Vi åkte till PCG:s R&D-center för lackering samt ytfinhet av lacker där utprovning av lacker och testning av ytfinhet utfördes. Vi träffade VD:n som var tredje generationen i företaget. Doktoranden Kerstin har även kontor där och arbetar där en dag i veckan. Studenterna kommer dit för att lära sig om lackning och laminatlackeringen. Företagets exporterar 70 % av sin tillverkning, har 95 anställda i produktion och 140 totalt. Snabbheten mot marknaden är deras konkurrensfördel. Materialkostnaden har ökat med 100% de två senaste åren. Råvaran står för 70% av produktens slutkostnad vilket slår hårt mot företaget. Vi besökte därefter Becker 1 som tillverkar exklusiva möbler gjorda i pressat faner. Företaget jobbar med en blandning av gammal och ny teknik. Vi avslutade dagen med ett Skype-möte med Adrian Riegel. Vi diskuterade utbildning, gemensamma forskningsprojekt och student- och doktorandutbyten. Han poängterande deras vilja till samarbete. 11-11-18 fredag Vi spenderade förmiddagen med personalen på Ostwestfahlen-Lippe. De visade oss alla deras maskiner. Maskiner för uthållighetstester av möbler, 3D-skrivare, CNC-maskiner, hyvlar, etc. De hade bra ordning på allt, uppmärkta saker, shadow boards, och överallt fanns instruktioner för maskinerna. De använde sig av 5S-metoden för att uppehålla ordningen. Slutligen presenterade vi oss, vår forskning och våra projekt. Därefter var det dags att ta farväl. 1 www.becker-kg.de
Tauberbischofsheim Vi bilade mot Tauberbischofsheim och efter 4,5 timmars körning var vi framme vid vårt mål, Benedict Fischer på företaget Weinig som tillverkar träbearbetningsmaskiner m.m. Han visade oss alla deras nya maskiner och demonstrerade funktioner i några av dessa. (a) (c) (d) (e) Figur 2: (a) Benedikt Fischer visar oss en av deras minsta hyvlar. POWERMAT 2500. (c) Kutter med inbyggd spånsug. (d, e) Fönsterlistprofil.
11-11-20 söndag München Under söndagen besökte vi Deutsches Museum i München. Det var sex våningar fyllda med tekniska uppfinningar. Allt från båtbyggande till högspänningsutrustning. (a) (c) (d) (e) (f) Figur 3: (a) Olle och Niclas vid stor propeller. Messerschmitt M17. (c) En kvarn. (d) En båt. (e) Elektrisk demonstration. (f) Jaeger Le Coultre Atmos, mekaniskt ur som drivs av temperatur och tryckförändringar. 11-11-21 måndag Vi besökte TU München och professor Gerhard Rigoll och Florian Lacquai med flera. Vi presenterade vår forskning för varandra. Deras forskningsområde är framförallt människa-maskininformation, med delområden som till exempel röstigenkänning, ljudsegmentering, gränssnittsforskning. Deras labb hade bl.a. en Cave för utprovning av instrumentering i bilar i 3D. Systemet bestod av sex motion capture-kameror och fyra projektorer. Glasögonen som användes var av typen som delar upp färgspektrat mellan höger och vänster öga. De hade även en körsimulator där de tillsammans med BMW utvecklar system som varnar för trafikstockningar. Idén var att bilar ska kunna kommunicera mellan varandra för ett säkrare vägnät. Vi träffade även en doktorand som arbetade med en sällskapsrobot för äldrevården.
(a) (c) (d) Figur 4: (a) Forskningsområden. Sällskapsrobot. (c) Lars testar förarmiljö i en interaktiv visualiseringsverktyg. (d) Körsimulator. Vi diskuterade det gemensamma projektet Hol-i-Wood Patching Robot där deras roll är att utveckla gränssnittet mot användare. Även övriga sammarbetsmöjligheter diskuterades. Tanken tas upp om ett möjligt projekt om ökad automatisering av sågverkssektorn med hjälp av maskiner eller robotar, både ur effektivitets- och säkerhetssynpunkt. I Tyskland finns särskilda statliga medel för människa-maskin-interaktion ur säkerhetssynpunkt. TUM har sådana medel som distribueras över universitetet. Det är fullt möjligt för en doktorand att gästa ett tag på TUM, men det är ont om bostäder och dyrt. Man har några sådana besök om året, mest från Indien och Kina. 11-11-22 tisdag Denna dag besökte vi Holzforschung i München, ett institut inom universitetet. Klaus Richter tog emot oss och berättade om deras verksamhet. Deras områden var klassisk träforskning, anatomi, genetik, träskivor brandskydd, acetylering och furfurylering. De hade en stor samling av träprover. I labben testade de förband, limträ, material och brandtester av trämaterial (ej konstruktioner). De hade även tagit fram ett sätt att göra trä keramiskt genom tillsats av kisel. De är med i Gradewoodprojekt (under Wood wisdom) tillsammans med bland andra Johan Oja. De ska studera lövträ för sågverksindustrin. Allmänt är industrin svåra att motivera att ställa upp i projekt på grund av att tidsåtgången är stor och sågverken ofta har mager organisation.
(a) (c) (d) Figur 5: (a) Okulärbesiktning av trädstam. Professorerna disskuterar labbmiljöer. (c) Mekanisk testning av limträbalk. (d) Kemisterna på Holzforschung München. De hade även ett labb för att tillverka spånskivor. Snart skulle en spånskivepress med styrbara parametrar installeras. Institutionen är upphovsmän och driver två journaler; European Journal of Wood and Wood Products före detta Holz als Roh- u. Werkstoff och Holzforschung. Vi blev tipsade om en utställning i träbyggande på ett museum som vi senare åkte till. Där fanns många nedskalade modeller i trä som var mycket detaljerade. Det var modeller av byggnader i Europa, varav en sedan besöktes i Rosenheim. På utställningen fanns även mycket konst, bland annat ett par Picasso-tavlor samt möbler av kända formgivare.
(a) (c) (d) Figur 6: (a) Miniatyr av träbyggnad. Fantastiskt skulpterat bord. (c) Picasso. (d) Warhol. 11-11-23 onsdag Rosenheim Denna dag besökte vi Fachhochschule i Rosenheim. Där möttes vi upp med Frieder Scholtz som visade oss runt. De hade mycket fina lokaler, bra med maskiner. De har ca 1000 studenter fördelat ungefär lika på tre olika utbildningar; Wood processing, Wood building och Interior engineering. Vi träffade några studenter som jobbade med identifiering av träslag med hjälp av digitala mikroskop. Labbutrustningen var modern och hyrdes billigt direkt av exempelvis Weinig. De utförde utmattningsprov på möbler. De hade en liknande 5-axliga Hundegger maskin som den vid University of British Columbia för tillverkning av träknutar. Maskinen kommer att bytas mot en 6-axlig i och med att den nuvarande ska säljas av tillverkaren till en kund. De undersökte även olika typer av kuttrar och fann att spiraltypen med flera skärstål inte gav bra ytor. Det var mer en yrkeshögskola än en möjlig forskningspartner, men ändå intressant för samarbete med utbildningsmodulerna. Han verkade intresserad av vår forskning och det kan vara givande att bibehålla kontakten med dem och identifiera övriga på högskolan som jobbar med forskning/utveckling liknande WPEs.
(a) (c) (d) (e) (f) Figur 7: (a) Frieder Scholtz visar oss deras faciliteter. 5 axlig Homag på betongfundament. (c) 5 axlig Hundegger. (d) Resultat från Hundegger. (e) Kuka robot. (f) Uthållighetstestrigg för möbler. Tobias och Olle besökte även Microtec i Bressanone Italien för att träffa projektledare för Hol-i- Wood PR projektet, Christoph Steiner, på vägen mot Trento. 11-11-24 torsdag San Michéle Under torsdagen besökte vi Ivalsa Trees and Timber Institute. Jakub Sandak som vi lärde känna vid IWMS-20 tog emot oss. Vi träffade Silvia Ferrari som sysslade framförallt med vakuumtorkning av trä. Virkestorken använde ett AI-program med återkoppling baserat på frågor efter genom-
förd torkning som automatiskt ändrade styrparametrarna. I maskinen utfördes även värmebehandling av trä. Hon hade i sin doktorsavhandling utvecklat en liten piezoelektrisk trycksensor för att mäta spänningar i trä under torkning. Sensorn stoppades in i ett litet borrhål i träet som sedan förseglades med ett tätningsmaterial. Den teoretiska modellen av spänningsuppbyggnaden under virkestorkning stämde väl överens med mätvärdena som samplades av sensorn. (a) Figur 8: (a) Jakub och Silvia visar ett av deras labb. Silvias piezo elektriska trycksensor. Arkitekter hade tagit fram ett helt återvinningsbart hus, skapat utan tanke på ekonomin enbart för att påvisa möjligheterna. Huset är byggt av återvunnet material så långt det är möjligt. Koncepthuset fanns vid Ivalsa och användes som gäststuga för besökande forskare. Modulo Abitativo Ivalsa, MAI, kallades projektet. Man jobbar även med jordbävningssäkra hus som de även testat i full skala i Japan. Man har byggt ett nytt brandlabb för materialtestning och testning av produkter där de samarbetade med räddningstjänsten. De hade storskaligt labb för testning av limträ och CLT. (a) Figur 9: (a) MAI demonstrator. Dendrokronolgiprov. Ett labb för dendrokronologiska mätningar av trä fanns som bland annat användes för att åldersoch äkthetsbestämma gamla Stradivarius-violiner. De hade en flexibel röntgenapparat som kan byggas om för CT applikationer.
(a) Figur 10: (a) Deras röntgenutrustning. Telecentrisk lins. De hade en mikrofonarray som mäter ljud i flera dimensioner för test av tonträ. Speckelliknande metoder användes för att mäta interaktion mellan aluminium, elastiskt lim och spånskivan i ett konstruktionselement. Metoden borde kunna användas för att testa svetsade träfogar. Jakub hade tillverkat ett system för att modellera förslitning av skäreggen och verifierade detta genom att mäta skäreggen efter förslitningstester. Under kompressionstest av trästavar verifierades spännings- och deformationsenergin med värmekamera. Figur 11: (a) Mikrofonarray. Kompressionstest studeras med värmekamera. Hela Jakub s lab är uppbyggt kring egna styrsystem. Ett exempel är att kontrollera den gamla CNC-fräsen från LAB-View, för att få totalkontroll av vad som händer. För det stora projektet Sworfish (Superb wood surface finishing) fanns en mängd mätapplikationer, bland annat en utrustning för att mäta vätning av ytor, ytspänning vätningsvinkel på plant och på snett plan. (a) Figur 12: (a) Olle och Lars tittar på ytan av knivskuren fanér. Lars inspekterar bränt trä.
11-11-25 fredag Brixen Under fredagen besöktes Microtec där vi träffade Marco Boschetti samt VD:n Federico Giudiceandrea. Marco visade oss runt på företaget och visade oss Goldeneye och CTPro-prototypen som de hoppas kunna börja köra till våren. Vi pratade om våra gemensamma pågående projekt och framtida samarbeten. PAFF-projektet 2 med fuktkvotsmätaren diskuterades och det framgick en av samarbetspartnerna i Wien var lite oroliga för att LTU skulle involveras för djupt i projektet. Hol-i-Wood Patching Robot projektet hoppades man skulle starta i december. (Den faktiska projektstarten blev i slutet av januari.) WPE kommer att beställa Microtecs nyutvecklade höghastighetsmultisensorkamera. (a) Figur 13: (a) Annorlunda träfasad. Träbro. Efter lunch åkte vi vidare mot Wien via Bad Reichenhall, en stad uppbyggd kring sjukvård och rehabilitering för skadade under 2:a världskriget, där vi övernattade. (a) Figur 14: (a) Bad Reichenhall. Bad Reichenhall Krankenhaus. Vi tog en liten avstickare till Salzburg på väg till Wien och tog några fotografier från bilfönstret. 2 PAFF - Produktanpassad virkestorkning: förbättrad fuktmätning och säkrad produktkvalitet
Figur 15: Festung Hohensalzburg 11-11-28 måndag Wien Idag besökte vi Boku Holzforschung och träffade Prof. Alfred Teischinger. Han visade oss deras labb och faciliteter. De har fina nya lokaler i Tulln, 30 minuter utanför Wien. Efter rundvandringen fick vi även träffa Ullrich Müller samt ett antal doktorander. Dr. Ullrich Müller har en bakgrund inom NMR spektroskopi vid Division of Wood Material Technologies. Han presenterade sina forskningsprojekt som var: Wood drying and Process control (i samarbete med Mühlböck) Adhesive bonding of wood Material selection and Wood quality Material engineering, Process and Material optimization, Wood bio-technology Material characterization Vi hade en bra diskussion och vi kan säkert hitta gemensamma projekt med några av dem i framtiden. En av doktoranderna, Joern Rathke, var intresserad av att komma till oss och testa CTskannern så fort som möjligt. Samarbetsprojekt som diskuterades var: Sortera plankor efter estetiska attribut så som färger och sågmönster. Seminarier om olika frågor. Studiebesök för att titta på CT-skannern. Skanna bakprocessen av deras träbröd (isoleringsmaterial) som de tillverkade i pizzaugn. Doktoranderna på Boku presenterade sin forskning, där mycket handlade om spånskivor i sammarbete med Egger. Relaterat till forskningen på spånskivor: Värmebehandling Estetik Kvalitet Termisk isolering PLS-modeller av vidhäftningsstyrka av lim-spån Bildanalys av spån i MDF-skivor
Annat som presenterades var: Projekt inom ytbehandling och färgförändringar av trä Lättviktsbyggsystem och akustiklösningar för träbyggnader Produktionslogistik, simulering och optimering av den (a) (c) (d) Figur 16: (a) Teichingers grupp tillsammans med WPE. Demonstatorer i entrén. (c) Trä bröd. (d) Lättviktselement. Den nedre gjord med majskolvar. Efter Boku åkte vi till Holzforschung (HFA) i Wien, en österrikisk motsvarighet till SP Trä. De vi träffade sysslade för tillfället med att utveckla en mikrovågssensor för mätning av fiberriktning i samarbete med LTU och Microtec. Julia Denzler och Johannes Koppensteiner tog emot oss och vi presenterade vår forskning för varandra. Julia forskar på bioenergi, träpaneler och mikrovågsteknik (PAFF). Figur 17: Julia och Johannes vid HFA.
På Holzforschung sysslar man även med kvalitetstestning, certifiering och hjälper företag med deras frågeställningar. De är involverade i Grade wood -projektet tillsammans med SP Trä. De forskar kring optimering av processkedjan, rätt råvara till rätt produkt med stort fokus på hållfasthetsparametrar, träbyggnation och beständighet. 11-11-29 tisdag Vi åkte in till Tekniska universitetet i Wien och träffade Dr Holger Arthaber och hans master student ingår i en liten forskningsgrupp som studerar mikrovågor. De visade oss deras labb och presenterade deras forskning. De sysslar inte med torkning utan använder endast 100-500W mikrovågor för mätningar med frekvenser på upp till 50GHz. De jobbar med mjukvaror så som t.ex. Comsol och HFSS etc. Att skicka Tommy Vikberg till TU Wien vore kanske en idé? Holger skulle gärna ta sig an fuktkvotsmätningsproblematiken på ett djupare plan än att som nu, endast leverera hårdvaran. Holger föreslår en variant av deras enaxlade system vilket skulle vara ett system som är lättkalibrerat. Figur 18: Elektromagnetiskt skärmat rum för testning av utrustning. Tobias och Olle begav sig sedan till institutionen för automation och reglerteknik för att träffa några som av deltagarna i Hol-i-Wood PR projektet. De kommer framförallt ansvara för agenterna som ska föra träprodukterna till lagningsroboten. Vi fick se deras labb där de byggt upp miniatyruppställningar med bland annat transportband för att demonstrera hur produktflödet kan optimeras i en produktionskedja. Systemet är dynamiskt och fungerar som en graf där man kan lägga till noder och specificera avstånd och kostnad där systemet sedan kan räkna ut bästa vägen för att transportera saker till olika produktionsenheter. (a) Figur 19: (a) Simulering av processflöden. Munir (till vänster i bild), medlem i Hol i wood PR, m.fl. TU Wien har även en avdelning för robotseende som skulle kunna vara bra kontakter för t.ex. Tobias.
Appendix 1 - Kontakter i Europa Hochschule Ostwestfalen-Lippe University of Applied Science
Hochschule Rosenheim
Technical University of Munich - Holzforschung Technical University of Munich
Holzforschung Austria
Weinig - Tauberbischofsheim Technical University of Vienna
Kompetenzzentrum Holz - Tulln
Boku Vienna Ivalsa - San Michele
MiCROTEC - Bressanone/Brixen