Additiv tillverkning av metall

I denna artikel ger forskaren Sebastian Proper inblick i det forskningsområde han arbetar med, 3D-printing av metall. Sebastian arbetar på RISE IVF i Mölndal och är doktorand på Chalmers Tekniska Högskola. Här delar han med sig av sina tankar kring tekniken, möjligheterna och hållbar utveckling.

AM
Additiv tillverkning på RISE i Mölndal.

Sebastian, du arbetar som forskare på RISE i Mölndal med additiv tillverkning. Vad är det roligaste med ditt jobb?
Det måste vara variationen i arbetet. Både sett till blandningen av praktiskt arbete och teoretiskt arbete som gör att man aldrig tröttnar på det man gör. Samtidigt är det stor variation i vad man arbetar med för företag och vilka forskningsfrågor man försöker lösa. Även klimatet på arbetsplatsen med många innovativa människor är väldigt givande.

Vad exakt är det du forskar på?
I vår enhet håller vi på med additiv tillverkning av metaller, plaster och keramer men jag arbetar på metallsidan. Eftersom vi jobbar med utveckling tillsammans med den svenska industrin så skiljer det sig ganska mycket på vad vi gör. Allt från att ta fram nya legeringar till att anpassa produkter för 3D-printing. Vi jobbar också en hel del med simulering, digitalisering och automatisering för additiv tillverkning då det fortfarande är en ny tillverkningsteknik. Jag själv håller på tillfället i koppling till Chalmers på att doktorera inom 3D-printing av aluminium där jag bland annat undersöker mekaniska egenskaper vid lättviktsdesign.

Vad är det speciella när man 3D-printar med metall jämfört med plast? Hur skiljer sig teknikerna?
Egentligen är det inte så stor skillnad. Inom 3D-printing finns det en rad olika tekniker man kan använda sig av för att 3D-printa sin komponent och de flesta tekniker kan användas på de olika materialtyperna. 3D-printing går ut på att lager för lager bygga upp en komponent och det som skiljer teknikerna åt är sättet att applicera sitt lager. De olika teknikerna har olika för-och nackdelar och det gäller att hitta rätt teknik till just den tillämpningen man tänker sig. Så den största skillnaden i slutändan är egentligen energin man behöver för att smälta sitt material, vilket är en stor skillnad mellan plast och metall, och det är det som avgör om en viss teknik inte går att använda för plaster eller tvärtom.

Hur påverkas hållfastheten när metall är 3D-printat jämfört med när det är tillverkat med konventionella metoder?
Det kan variera. I många fall kan man faktiskt få bättre mekaniska egenskaper än konventionella metoder och ibland kan mån få bättre styrka i materialet men sämre elasticitet än konventionellt tillverkat. En avgörande faktor är vilken metall det är man 3D-printar och en annan bidragande faktor som också gör 3D-printing unikt är att man får olika mekaniska egenskaper i olika riktningar för den printade komponenten. Det kan innebära att materialet blir mycket starkare om man drar det i en riktning än en annan, vilket kan innebära att man får både ett starkare och svagare material jämfört med konventionella tekniker på samma gång. Som man förstår kan detta både bli en fördel och en nackdel beroende på tillämpningen och det är viktigt utifrån ett designperspektiv när man tar fram nya komponenter för 3D-printing.

Var ser du möjligheterna med att 3D-printa med metall?
Det finns såklart otroligt många möjligheter med 3D-printing. Det som oftast kommer på tal är möjligheten att tillverka unika och komplicerade geometrier som inte går att tillverka på något annat sätt. Andra möjligheter är att man kan printa på efterfrågan med väldigt kort ledtid, och möjligheten att minska antalet komponenter i en produkt genom att konsolidera dessa till en ny komponent som går att 3D-printa. Men det är viktigt att komma ihåg att 3D-printing i metall fortfarande är en kostsam teknik som i dagsläget har svårt att finansiellt konkurrera med konventionella tekniker. En annan synpunkt jag också har är att jag inte tror att 3D-printing i framtiden kommer ta över hela tillverkningsindustrin, utan mer agera som ett komplement till konventionella tekniker.

Hur ser du på denna tillverkningsmetod när du tänker utifrån ett hållbarhetsperspektiv? Socialt, ekonomiskt och ekologisk hållbarhet?
Intressant fråga som jag själv upplever det inte läggs allt för mycket fokus på i dagsläget när man pratar om additiv tillverkning. Det som brukar komma på tal är att det går åt mindre material att tillverka en komponent med 3D-printing än många andra konventionella metoder, vilket har en positiv inverkan på både ekonomisk och ekologisk hållbarhet. En social aspekt är att man bidrar till personlig utveckling i form av utbildning av personal samtidigt som det skapar nya arbetstillfällen. Dock kan man också tänka sig att en social aspekt är att arbetstillfällen går förlorade om det är så att en utvecklad 3D-printningskedja kan minimera antalet steg i tillverkningskedjan och därmed personalstyrkan. En annan ekologisk negativ inverkan man kan tänka sig är hur materialavfallet i tas hand om ner man inte längre kan använda det för printing. I den teknik jag jobbar med blir det en del fint metallpulver som man måste se till att det tas hand om på rätt sätt och inte hamnar i t.ex avloppsvattnet eller i naturen. Som det ser ut nu så är allt så pass nytt och oklart sett till hållbarhetsfrågor vilket gör det viktigt att man har den aspekten i åtanke när vi utvecklar den framtida industrin med 3D-printing.

Har du några tips när man funderar på att 3D-printa med metall?
I dagsläget är det väldigt dyrt att 3D-printa i metall så man måste hitta rätt komponent så att man kan få någon slags ekonomisk vinning på det. Oftast blir det inte ekonomisk hållbart om man tar en befintlig komponent som den är och kör den i en 3D-printer, utan man får se över om man kan designa om den för att vinna något på det. Det kan handla om att minimera vikt, lägga till nya funktioner, etc, som man inte kan få in i komponenten med befintliga tillverkningstekniker. Ett exempel kan vara att addera fackverksstruktur inuti en komponent där det annars bara är ”dödvikt” och även addera komplexa kanaler inuti komponenten nära den funktionella ytan som kan användas för sensorering eller kylning, för att bara nämna något. Ett annat läge då 3D-printing kan vara bra är om man har långa ledtider på kritiska komponenter för en produkt, där kan det ”dyra” priset för 3D-printing i slutändan bli billigare om man riskerar att vänta flera månader på en leverantör på andra sidan jordklotet.

Hur långt är vi från serieproduktion?
Jag är inte superinsatt på hur det ser ut runt om i världen, men min uppfattning är att det finns viss serieproduktion av 3D-printade komponenter. Då handlar det om komplexa komponenter i avancerad industri där man tjänar på 3D-printing. Men det handlar också om komponenter i lyxsegmentet, t.ex i dyra sportbilar. Det som jag upplever är vanligare och man kommer se mer av framöver är att verkstäder investerar i 3D-printers och adderar det till sina maskinparker där dom redan har maskiner av befintliga tillverkningsprocesser, och att dom i sin tur har legotillverkning av större partier av komponenter åt flera företag.

25 B2 C56 D 60 D4 4 AB4 BCBF 05 FA000 B3285
3D-printad ros i metall.

Taggar

Artikeln är taggad med följande taggar. Klicka på en tagg för att se alla artiklar med samma taggning.

Artikeln är kategoriserat som Avancerat  |  Publicerad 2020-08-18  |  Skriven av Greta Braun