GÄSTKRÖNIKA: En begränsning att ta fram nya produkter är ofta att seriestorleken till en början är låg, vilket gör att många konstruktörer/inköpare väljer att låta komponenten tillverkas genom svetsning. Modellkostnaden blir för hög för styckepriset som eftersträvas. Efter en tid har volymen ökat och nu skall komponenten gjutas. Konstruktören upptäcker att det inte alltid är så lätt då den svetsade konstruktionen nu skall göras om för att kunna gjutas.

Med utgångspunkt från en 3D-utskrift i sandform hade komponenten kunnat framställas i en kortare serie med ett lönsammare resultat för företaget som tagit fram konstruktionen av komponenten.

Swerea vill utveckla 3D-prefixet

Swerea har en lång erfarenhet av den tillverkande industrin; stålverk, gjuterier och verkstadsföretag. Kunskapen finns om material och deras egenskaper i olika miljöer. För komponenter har vi upplevt att kraven på kortare ledtider, tunnare sektioner med förbättrade egenskaper har ökat kraftigt bara de senaste 3 åren. Kortare ledtider kräver snabbare framställning av godkända modeller. Kraven gör komponenterna känsligare för påverkning under framställningen, vilket leder till toleransavvikelser. Detta gäller särskilt framställning av gjutgods. Swerea kommer i en studie undersöka hur prefixet 3D kan förbättra villkoren för svensk verkstadsindustri. Tanken är att bygga upp en kunskap baserat på 3D-skanning, 3D-tomografi (CT-scan) och 3D-printing. Det är vår övertygelse att dessa tre områden måste samverka för att på sikt skapa en bra tillväxt hos svensk industri. Idag finns inget institut eller universitet i Sverige som har den samlade kunskapen inom dessa områden.

3D–utskrift av formar och kärnor av sand och keramik

Utskrift av modeller i 3D känner de flesta konstruktörer och inköpare till, men att det går att skriva ut en form och kärna i sand känner knappt någon till. Ett traditionellt förlopp för prototypframställning av en ny gjuten komponent är typisk flera loopar:

Tidsåtgången är i bästa fall 2 veckor, normalt 6 till 8 veckor, från CAD till gjuten prototyp. Här låses man fast av att en gjutmodell skall framställas. Den är sedan inte enkel att förändra.

En sandform är en engångsform och utfallet av den gjutna komponenten kan ändras i CAD-modellen och en ny form skrivs ut för gjutning. Det ger ett förlopp med en loop:

Med möjligheten att skriva ut en form i sand på ca 24 timmar kan man i bästa fall hinna med minst fem olika gjutna alternativ av lösningar för den gjutna komponenten och gjutsystemet jämfört med traditionell prototypframställning.

Världen satsar på tekniken med 3D-printing

Är man ute och reser i världen ser man att ganska många länder bygger upp kunskapen kring 3D-printing och additive manufacturing. USA gör det, vilket inte är förvånande, baserat på vitböcker om industrins utveckling och att behålla jobben i USA. Europa och Japan har varit ledande i utvecklingen men sedan några år tillbaka köper amerikanska företag upp sina konkurrenter. England har skapat 5 kunskapscentra för att utveckla förståelse och kunskap för tekniken, Singapore satsar stora summor, liksom Kina och Indien, för att bygga upp en kunskapsbas. Sverige har, enligt mina källor, inget samlat grepp om teknikens möjligheter. Det utvecklas och forskas på våra högskolor utan ett klart mål om vart vi vill komma och utan de nödvändiga resurser som skulle behövas för att vara drivande i utvecklingen.

Det finns förvisso företag som är världsledande inom sina områden där metallpulver används. Mer om det vid ett senare tillfälle.

Vad driver och hindrar utvecklingen?

Det finns en rad faktorer som driver utvecklingen framåt och likaså finns det en del parametrar som är ett hinder för att tekniken skall utvecklas ytterligare. Att tekniken anses som viktig framgår av Obamas tal till nationen i februari i år, där han utlovar 15 nya kunskapscentra. Utvecklingen av 3D-tekniken med utskrift i sand, keramik eller metallpulver kan sammanfattas enligt nedan:

Drivande faktorer för utvecklingen enligt Swerea:

• Ekonomisk – lågvolymsproduktion.
  • Reducerar/eliminerar behovet av verktyg och modeller.
  • Reducerad investering i maskinpark.
  • Kortare ledtider.
  • Ökad geometrisk frihet.
  • Ökad detaljfunktionallitet.
  • Personlig produktutformning.
  • Bättra hållbar miljö.
    • Reducerad materialförbrukning.
    • Förbättrad logistik.
    • Optimerad produkteffektivitet.
    • Lättare komponenter.
    • Nya logistikregler – inköpsmetoder förändras och förenklas.

Det som hindrar utvecklingen enligt Swerea är:

• Nytt sätt att tänka tillverkning och design – konservativ industri.
• Fokus på lönsamhet per detalj inte lönsamhet i hela tillverkningskedjan.
• Produktivitet – är än så länge begränsad till kortare serier.
• Begränsning i mekaniska egenskaper, gäller metallprodukter från pulver.
• Ytfinhet – osäkerhet mot kända framställningsmetoder.
• Måttnoggrannhet – kontroll och jämförelse mot kända tillverkningsmetoder.
• Processvariabler.
• Kvalitetsäkring och validering.

Om Swerea:

Swerea är en del av RISE, Research Institutes of Sweden. RISE är ett nätverk av forskningsinstitut som i samverkan med akademi, näringsliv och samhälle skapar nytta, tillväxt och kokurrenskraft åt svensk industri. Swerea ägs till 57 % av fem industriella ägarkonstellationer med ca 450 bolag. De fem är intressentföreningen för korrosionsforskning, Metallurgiska Forskningsbolaget i Luleå AB, Stiftelsen Svensk Järn- och Metallforskning, Swerea IVF’s Intressentförening och Svenska Gjuteriföreningen. Resterande del ägs av staten. Swerea är ett icke vinstdrivande institut med ca 600 anställda fördelat på Swerea MEFOS, Swerea SICOMP, Swerea KIMAB, Swerea IVF och Swerea SWECAST.