Forskningsframsteg breddar användningen av additiv tillverkning

På bara fyra år har Högskolan Västs forskare utvecklat additiv tillverkning med laser och tråd för ett helt nytt material; duplext rostfritt stål. Teknologin har med framgång testats för tillverkning av en komponent hos Alfa Laval. Inom några år kan tekniken vara mogen för skarp industriproduktion.

Fördelarna och möjligheterna med additiv tillverkning (AM, för Additive Manufacturing) är stora och många. Teknologin ses som en viktig del i nästa generation av industriell produktion där kraven på hållbarhet är stora. Inom vissa produktområden och branscher används redan olika varianter av tekniken. Men för varje ny applikation krävs omfattande forskningsarbete för att utveckla och anpassa tekniken till olika material så att kvalitetskraven uppfylls.

– Våra forskare har mer än 15 års erfarenhet av AM med laser och tråd. Det gör att vi på relativt kort tid har kunnat utveckla tekniken för duplext rostfritt stål. Idag används ofta dyra smidesämnen vid tillverkning av högpresterande komponenter som exempelvis flygmotorde- lar. Dessutom är ledtiden för den typen av material ofta lång, förklarar Robert Pederson, professor i materialteknik.

Betydligt Kortare Produktionstid

– Additiv tillverkning ger effektivare materialanvändning, lägre energiåtgång och kortare ledtider jämfört med traditionella tillverkningsmetoder för smiden som kräver omfattande skärande bearbetning.

– Vårt test med en av Alfa Lavals komponenter visar att produktionstiden kan minskas från 20 veckor till endast 2 veckor. Om man skalar upp AM-processen för serieproduktion av två av deras detaljer finns potential att spara cirka 170 ton material per år. Det motsvarar 170 000 kg CO2-utsläpp.

– Om tekniken visar sig fungera fullt ut för serietillverkning med dessa två komponenter finns potential att utöka med fler av företagets detaljer, konstaterar Robert.

För att AM med laser och tråd ska slå igenom måste hela tillverkningsprocessen vara automatiserad, robust och pålitlig. En viktig uppgift för projektgruppen har därför varit att utveckla och bygga ett automatiskt produktionssystem med återkopplad styrning. Sommaren 2019 lyckades teamet genomföra detta för en detalj i nerskalad storlek och var därmed bland de första i världen med en sådan lösning.

V Rdefull Samverkan

Projektgruppen har även utvecklat en avancerad simuleringsmodell som ger ökad processförståelse genom att den visar hur olika processparametrar påverkar materialkvaliteten.

– GKN Aerospace har hjälpt oss att genomföra valideringsexperiment med titan för att kunna validera modellen för det materialet. Utvecklingen av simuleringsmodeller överlappar flera olika kompetensområden inom projektet, och det upplägget har visat sig vara en styrka i vårt arbete.

Forskningen som finansierats av KK-stiftelsen, har genomförts i nära samverkan med industriföretagen Alfa Laval, GKN Aerospace, Permanova och ITW Welding. Alla har bidragit med olika kunskaper och intressen i projektet. Därutöver har konsultföretaget Procada medverkat i tillverkningen av demonstratorn som användes vid testkörningen.