Från tunna skivor till tjocka block

exmet

3DP I SVERIGE: Aktiebolaget Exmet med vd Mattias Unosson i spetsen grundades 2009. Fundamentet för företaget är kommersialiseringen av två patent som löser en femtio år gammal metallutmaning med modern teknik.

För 50 år sen upptäckte forskare i USA att om man kylde vissa metallegeringar väldigt snabbt så hann inte atomerna fixera sig i de prydliga mönster som uppstår då metallföremålet svalnar, som vanligtvis är en långsam process. Dessutom minimeras de kristallkorn som uppstår i kristallina material, vilket är bra för hållfastheten.

– Ju mindre korn desto högre hållfasthet, säger Mattias Unosson. I amorft stål är kornen obefintliga och då får man maximal hållfasthet.

Det som sker när metallegeringar snabbt kyls ner från smält form är alltså att atomerna inte hinner ordna sig i mönster, i kristallin form. Denna oordning påminner om ett bollhav. Eller mer vetenskapligt – amorft tillstånd.

Två utmaningar
När de amerikanska forskarna på 1960-talet upptäckte detta amorfa tillstånd i metallegeringar ansågs det ett genombrott. Tillverkningsmetoden gick ut på att man använde en stor ”tombolatunna” som kunde kylas med vatten. Tunnan snurrade och man sprayade på metall i tunna skikt som kyldes omedelbart. Metoden heter melt spinning och blev snabbt en produktionsstandard för amorfa metaller.

– Men tillverkningsmetoden hade två viktiga begränsningar säger Mattias Unosson. Det första var att man bara kunde få fram tunna lager av amorf metall. Det andra att man bara kunde tillverka enkla geometrier.

På 1980-talet utvecklades ”recept” på hur man kunde blanda atomslag för att minska den kritiska kylhastigheten och därmed mängden kylning. Men att få fram större amorfa metallprodukter än de tunna skikt som man hittills kunnat producera var en svårare nöt att knäcka. Fram tills Exmet, det vill säga.

– Lösningen är att använda AM-teknik där man smälter lite material åt gången med kontrollerad värme, säger Mattias Unosson. Kylningen är viktigt, men i första hand handlar det om optimala processparametrar. Man ska inte värma mer än nödvändigt och snabbt komma upp till smält material och snabbt ner i temperatur innan det bildas kristaller.

Inte vara dyrt
Alla legeringar kan inte bilda amorf struktur. Men den metallpulvermix som Exmet arbetar med måste blandas till så att man vet att det glasbildar, det vill säga att vätskan fryses. Företaget har valt att börja att arbeta med billiga järnbaserade legeringar som dessutom ger goda egenskaper.

– Inget av materialen ska vara dyrt eller svårt att få tag på, så inga sällsynta jordartsmetaller eller toxiska metaller, säger Mattias Unosson.

Amorf metall är rostfri och ger goda mekaniska egenskaper som hög hållfasthet. Traditionellt framtaget konstruktionsstål ligger i genomsnitt på 300 megapascal, men går att få upp till 2000 megapascal. Titan, som ofta används med EBM-teknik, ligger på 900-1000 megapascal. De idag kända amorfa metallerna har en hållfasthet på upp till 5000 megapascal. De järnbaserade amorfa metaller som Exmet arbetar med ligger på 4000 megapascal.

Amorf metall är även mjukmagnetisk. När du magnetiserar och avmagnetiserar något som är gjort i amorf metall blir förlusten mycket låg. Den är även mer elastisk, vilket betyder att du kan mata in och få tillbaka runt tio gånger mer mekanisk energi i amorft stål jämfört med kristallinstål.

Mot kommersialisering
De två patent som ligger i aktiebolaget beskriver tillverkningsmetoden och det är denna som ska kommersialiseras.

– Vi har två affärsmässiga mål: licensiering av tillverkningsmetoden till företag och att sätta upp egen tillverkning för specifika produkter, säger Mattias Unosson. Vilken blandning vi ska ha av dessa är en strategisk fråga som vi arbetar med.

feathersI dagsläget arbetar två grupper arbetar med att utveckla tillverkningsmetoden. Den första gruppen är är ordnad i Vinnova-projektet ”Förbättrad fjäderprestanda – mekaniska fjädrar av amorft stål” och bedrivs vid Mittuniversitetet i Östersund. Här använder man en Arcam-maskin som kör elektronstråle, så kallad EBM-teknik. En av de egenskaper som amorft stål ger är hög elasticitet, något som undersöks i Vinnova-projektet med positiva resultat.

– I preliminära designer på en fjäder har vi gått från en standardfjäder på två kilo, till 0,2 kilo i den optimerade fjädern av amorft stål, med samma effekt, säger Mattias Unosson.

Den andra gruppen arbetar på ett företag utanför Sverige som använder en lasermaskin.

– Forskningen i båda grupper har fram till nu handlat om processoptimering. EBM och laserbaserad teknik måste ställas in optimalt för användning med vårt material.

Det mest närliggande målet är att slutföra fjäderprojektet. Detta ska vara klart i slutet av 2013.

– Då ska detta vara så moget så att det kan provas av företagsparter i kommersiella projekt, säger Mattias Unosson.

Publicerat av: 

Dela artikeln

Email this to someoneShare on LinkedInShare on Facebook

En kommentar till “Från tunna skivor till tjocka block”
  1. Very clarifying article on the topic.

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *


EOS byter vd

EOS grundare och tidigare vd, Hans Langer, lämnar nu över rodret till Adrian Keppler. Hans ansvar som ny vd för den tyska 3d-skrivarleverantören blir att…

Publicerat av: