Foto: Rockwool, 3D Imaging Center

Røntgenblik på krøllede stenfibre

fredag 01 jun 18
|
af Morten Andersen, Lotte Krull

Kontakt

Carsten Gundlach
Senior Forskningsingeniør, Specialkonsulent
DTU Fysik
22 38 42 41

Kontakt

Henning Friis Poulsen
Professor
DTU Fysik
45 25 31 19
Imaging-teknologi er med til at sikre, at Rockwools produkter overholder nøjagtig samme specifikationer uafhængigt af fabriksanlæg.

Den grundlæggende funktion af Rockwool-koncernens hovedprodukt virker enkel. Spinkle fibre af sten er vævet sammen, så ulden kan rumme lommer af luft, der gør produktet isolerende. Alligevel har inspiration fra moderne hjerneforskning hjulpet virksomheden til at forstå sit produkt endnu bedre.

”Det er velkendt, at orienteringen af fibrene i kompositmaterialer til vindmøllevinger har stor betydning for brudstyrken og en række andre egenskaber. Det samme er tilfældet i stenuld, men faktisk er tingene væsentlig mere komplicerede. Man kan godt give stenfibrene en overordnet orientering, men samtidig krøller de på ret kaotiske måder,” forklarer programleder Dorthe Lybye, Rockwool.

En yderligere udfordring er, at virksomhedens fabrikker er forskellige.

”Af og til kan der endda være forskel mellem to produktionsanlæg. For det første skal vi have styr på, at de relevante specifikationer er overholdt uanset anlægget. For det andet ser vi nogle gange, at et bestemt anlæg har markant gode resultater. Og da vil vi jo gerne vide hvorfor, så vi kan overføre den samme effekt til de andre anlæg,” siger Dorthe Lybye.

Meget mere end isolering

Det hører med til billedet, at isoleringsevnen ikke er den eneste materialeegenskab, som er vigtig. Ud over det velkendte produkt til isolering af bygninger markedsfører Rockwool en række specialiserede produkter. Eksempler er særlige produkter til industriel brug, lydisolerende stenuld, produkter med høj styrke til gulve og særligt vindbestandige produkter til facader. Faktisk er det i dag muligt at bygge husenes ydre vægelementer udelukkende i stenuld – virksomheden har byggerier i gang i Holland og Danmark. Dertil kommer en særlig portefølje af produkter rettet mod væksthuse i gartnerier. I stenulden kan gartnerne styre tilførslen af vand og næringsstoffer mere nøjagtigt end i pottemuld.

Der er kort sagt rigeligt med egenskaber at holde styr på. Derfor valgte virksomheden at gå ind i samarbejdsprojektet LINX (Linking Industry to Neutrons and X-rays) sammen med en række andre virksomheder. DTU er en af de akademiske partnere.

”Timingen var god, fordi DTU netop stod over for at opbygge et center for imaging,” fortæller Dorthe Lybye. I første omgang blev civilingeniør Lucie Chapelle ansat som erhvervs-ph.d. i Rockwool i samarbejde med DTU, hvor hun tidligere har været en del af et forskningsprojekt om komplekse materialer.

Nærhed til DTU en fordel

Valget af undersøgelsesmetode faldt på røntgentomografi. Metoden bygger på, at man bestråler et emne fra forskellige vinkler. Der vil være forskel på, hvordan strålingen absorberes ved forskellige vinkler. En algoritme udnytter forskellene til at opbygge et 3D-billede af emnet. Billedet kan digitalt splittes op i tværsnit, der ligger i forlængelse af hinanden. Røntgentomografi er en standardmetode i sundhedsvæsenet. Det er noget nyere at benytte metoden i industrielle materialeundersøgelser.

”Røntgentomografi er det rigtige værktøj for os,” forklarer Lucie Chapelle. ”På den ene side har vi brug for at se på fibrene i meget stor detaljering. Men hvis vi valgte den ultimative detaljering, som man får ved optagelser med elektronmikroskop, kunne vi ikke være sikre på, at billederne faktisk var repræsentative for vores produkt. Med andre ord skal vi både have høj opløsning og kunne undersøge relativt store prøver – gerne af nogle centimeters længde. Røntgentomografi giver os det bedst tænkelige kompromis.”

Behovet er dog ikke så stort, at virksomheden har fundet det nødvendigt at købe imaging-udstyret selv. I stedet bliver prøverne bragt til DTU i Lyngby. Ofte af Lucie Chapelle selv.

”Det er behageligt, at afstanden ikke er større, end man selv kan tage med. Efterhånden får jeg jo en vis praktisk erfaring med undersøgelserne. Forskerne fra DTU er eksperter i at optage billederne og analysere dem, men jeg er ekspert i produktet. Det sker tit, at jeg lige kan foreslå en justering i indstillingerne, så man får bedre resultater,” siger Lucie Chapelle.

Ind i den digitale tidsalder

Den form for ekspertviden har vist sig mere værdifuld, end man kunne vide på forhånd.
"Imaging-folkene på DTU troede jo, at de langt hen ad vejen kunne overføre de samme metoder, man bruger til vindmøllevinger. Men som sagt har vores produkter vist sig at være mere specielle end som så. Vi kan roligt sige, at projektet har været en akademisk udfordring for dem"
Dorthe Lybye, progamleder, Rockwool

”Imaging-folkene på DTU troede jo, at de langt hen ad vejen kunne overføre de samme metoder, man bruger til vindmøllevinger. Men som sagt har vores produkter vist sig at være mere specielle end som så. Vi kan roligt sige, at projektet har været en akademisk udfordring for dem,” siger Dorthe Lybye.

En af udfordringerne er, at fibrene har forskellige længder, og at de snor sig ind og ud af de forskellige tværsnit. Samtidig har det stor betydning for materialeegenskaberne, hvor mange gange hver fiber hæfter til andre fibre.

”Vi har manglet et værktøj til at kunne følge fibrene præcist. I samarbejde med DTU er det nu lykkedes os at finde den rigtige metode. Faktisk har det vist sig, at inspirationen skulle findes inden for hjerneforskningen, hvor man også netop skal undersøge meget komplekse prøver. Vi forventer at få en softwarepakke klar senere i år,” siger Lucie Chapelle.

Den nye softwarepakke bliver en milepæl, tilføjer Dorthe Lybye:

”Ellers lever vores disciplin nok et lidt stille liv i virksomheden. Vi bidrager jo i høj grad til at føre Rockwool- koncernen ind i den digitale tidsalder, hvor man bringer en masse af den viden, der hidtil har været intuitiv, på numerisk form. Men det sker ret umærkeligt. Der er sjældent lejlighed til at fylde champagneglassene, sådan som man ville gøre, hvis vi havde frembragt et nyt produkt.”

Understøtter bæredygtighed

Champagne eller ej, betydningen af materialeforståelse er stor. Rockwool har allerede været gennem en række omstillinger, der gør produktionen mere bæredygtig. Først og fremmest benytter man ikke længere kun sten fra stenbrud som råmateriale, men genanvender i stedet forskellige former for byggeaffald. Desuden arbejder virksomheden i retning af at kunne benytte mere vedvarende energi i produktionen.

”Hele tiden skal vi naturligvis sikre os, at enhver omstilling kan ske, uden at egenskaberne af vores produkter bliver forringet,” forklarer Dorthe Lybye.

I forbindelse med den nye softwarepakke har virksomheden ansat DTU-kandidatstuderende Patrick Møller Jensen som studentermedhjælper. Han udførte sit bachelorprojekt som en del af LINX, men med fokus på Rockwools udfordringer.

”Så med både Lucie og Patrick ansat har der været 100 pct. jobsucces for de ingeniører fra DTU, som har deltaget i projektet,” siger Dorthe Lybye.

Vilde visualiseringer til virksomheder

I DTU’s 3D Imaging Center kan virksomheder få hjælp til at kigge ind i materialer i både 3D og i realtid.

Virksomheder kan opnå konkurrencefordele, hvis de har en dyb forståelse af materialerne i deres produkter. Både når produkterne produceres, og senere, når de anvendes. Det er, uanset om produkterne er medicin, fødevarer, batterier, byggematerialer eller vindmøller.

DTU’s 3D Imaging Center samler ekspertise fra fire DTU-institutter – DTU Fysik, DTU Compute, DTU Energi og DTU Mekanik. Forskerne er specialiseret i at frembringe 3D-billeder samt visualiseringer af processer i realtid baseret på imaging-teknikken CT (computed tomography). Billederne frembringes ved hjælp af data leveret fra røntgen- og neutronkilder. Det gør det muligt at studere materialernes indre strukturer uden at skulle skære i dem.

3D Imaging Center råder selv over avancerede røntgenmikroskoper, men centrets forskermiljø har også adgang til den store røntgenfacilitet i Lund, MAX IV, og senere bliver det også muligt at anvende neutronsynkrotronen ESS (European Spallation Source), der ligeledes ligger i Lund


3D Imaging Center flytter i 2019 ind i en ny bygning, som er under opførelse på DTU Lyngby Campus. Bygningen får seks etager og kælder – i alt 9.280 m2 – og skal også huse DTU Energi. Foto: Christensen & Co. Arkitekter

Relaterede Videoer