Additiv tillverkning har många fördelar jämfört med konventionella metoder. Men hur framstående är den vid produktion av högpresterande komponenter som kontinuerligt utsätts för förändrade belastningar, till exempel i flygmotorer?
Det är en av frågorna som forskaren Arun Ramanathan Balachandramurthi sökt svar på i sin forskning vid Högskolan Väst.
Att industrier världen över söker sig mer mot additiv tillverkning är logiskt. Metoden har potential att ge massor av fördelar i form av bland annat lägre komponentvikt, mindre materialåtgång, kortare ledtider, kortare ställtider och mer flexibel konstruktion. Med pulverbäddsteknik, där en energistråle smälter metallpulver lager-på-lager, går det att tillverka geometrier som man helt enkelt inte klarar med konventionell produktion.
Kort sagt: Det finns potential för tillverkande industri att spara mycket tid och pengar på additiv tillverkning.
Fokus på tillförlitlighet och prestanda
Det ligger emellertid ännu så länge ett hinder i vägen: Den additiva tillverkningsprocessens tillförlitlighet när det gäller att få fram högpresterande komponenter, måste undersökas i detalj innan den kan ersätta konventionella lösningar med samma prestanda.
– När vi kan slå fast att prestanda vid additiv tillverkning, som hållfasthet, utmattningslivslängd och liknande, når minst samma prestanda som vid gjutning eller pressning, är oerhört mycket vunnet, hävdar Arun.
– Skulle vi dessutom se att prestanda överträffar konventionella metoder, kommer framgången att bli ännu större.
Inte undra på att forskningen inom det här området är betydelsefull. Heller inte undra på att representanter för industrin, från materialutvecklare till slutanvändare, finns med i Högskolan Västs projekt Suman-Next.
– För att kunna tillverka högpresterande komponenter med den här tekniken, är det viktigt att förstå hela den additiva tillverkningsprocessen. Vad är det i processen som förändrar materialets mikrostruktur och egenskaper, och varför sker det?
– Min forskning är avgränsad till att undersöka och förstå sambandet mellan utmattningsegenskaper och mikrostruktur hos legering 718.
Tester motsvarar verkliga påfrestningar vid flygning
– Vi har gjort en mängd tester som visar hur mikrostrukturen påverkas när provstavar utsätts för kontinuerligt förändrade belastningar. Testerna kan liknas vid vad en komponent i en flygplansmotor utsätts för vid start, flygning på hög höjd och vid landning.
– Kunskap som denna blir helt avgörande för om additiv tillverkning ska kunna användas för produktion av högprestandakomponenter i bland annat gasturbiner och jetmotorer.
I sina studier har Arun kommit fram till några viktiga slutsatser:
Efter pulverbäddsprocessen kan det finnas inneslutningar och defekter i materialet som i sin tur dramatiskt försämrar utmattningslivslängden.
Genom het isostatisk pressning (HIP) är det möjligt att sluta samman defekterna vilket ger materialet förbättrad förmåga att stå emot utmattning.
Efter pulverbäddsprocessen får materialet en grov yta med sprickinitieringar.
När den grova ytan tas bort minskar sprickbildningen och legeringen får ökad utmattningslivslängd.
Textur, kornstorlek och subkornstorlek påverkar utmattningsegenskaperna.
Valde Sverige för den annorlunda kulturen
Aruns forskning och doktorsavhandling knyter an till den kandidatexamen han tog i Indien för många år sedan. Den handlade om hur två material kan samspela och bilda kompositer.
– Min doktorsavhandling handlar också om samspel, men den här gången mellan hur process, material och mekanisk konstruktion påverkar legeringen 718.
Att han hamnade i Sverige och på Högskolan Väst var ingen tillfällighet. Istället för att följa ”mainstream”-vägarna för den fortsatta utbildningen (USA, Australien eller Storbritannien) ville han uppleva en annorlunda kultur och utveckla sig själv genom det. Därför landade han på svensk mark 2012.
– Vid sidan av en ny kultur valde jag Sverige för att det är ett land med erkänt gott rykte inom materialkunnande.
Efter magisterexamen på Chalmers i Göteborg blev han anställd på GKN Aerospace i Trollhättan. Den anställningen har han varit tjänstledig från under sin tid som doktorand.
