Forskning med obegränsad byggyta

Text:Mattias Kristiansson
PUBLICERAD: 10 januari 2014

svets

3DP I SVERIGE: Högskolan Väst är en av fåtal instutitioner i Sverige med aktiv forskning inom additiv tillverkning. För tio år sedan inledde man ett samarbete med Saab Automobil AB i Trollhättan, ett forskningsprojekt inom additiv tillverkningsmetodik. Tanken var att kunna reparera och specialisera plåtpressar. Saab finns inte kvar idag, men forskningen har tagit nya vägar.

Nu har högskolan tagit fram en teknik som med hjälp av en industrirobot utrustad med lasersvets tillverkar additivt. Tekniken heter Robotized Laser Metal-Wire Deposition. Den går ut på att en standard-tillsatstråd eller ett tillsatspulver för svetsning svetsas fram lager på lager. Detta görs med ett lasersvetsverktyg med integrerad laseroptik med eneffekt på 6 kilowatt, trådmatare och mätutrustning.

– Tekniken är idag inte någon cutting edge-teknik. Den extra utrustningen utöver roboten och den optiska lasersvetsen kostar ungefär 100 000 kronor, säger Petter Hagqvist, doktorand, Högskolan Väst.

Skärmavbild 2014-01-10 kl. 13.50.18

Obegränsad byggyta
Med tekniken kan objekt i material med stålliknande egenskaper byggas med en hastighet upp till ungefär 4 kg/h. Men man ska kunna använda alla svetsbara metaller. En del material kräver dock lite extra bearbetning , exempelvis titanlegeringar kräver en kammare utan syre för att förhindra oxidering.

Tekniken kan ge en noggrannhet på ner till 0,2 millimeter. Till skillnad från en stationär 3d-skrivare kan roboten monteras på en spårkonstruktion. På så sätt kan byggytan bli näst intill obegränsad.

För att kunna använda sin industrisvets även som en additivt tillverkande maskin krävs vissa tillägg. Alla lasersvetsceller har inte en trådmatare och det behövs. Det behövs också en dator för att kunna visa kamerabild, kommunicera med roboten och för att operatören skall kunna göra korrigeringar i robotens beteende. Dessa saker är ett minimum.

– Men man kan exempelvis lägga till mätutrustning för temperatur, syrgasinnehåll etc. utifrån sina unika behov, säger Petter Hagqvist.

Projekt med jetmotorer
De senaste utvecklingsprojekten där Högskolan varit inblandade har gjorts i samarbete med GKN (före detta Volvo Aero). Idag flyger flygplan med jetmotorer delvis skapade av teknik framtagen vid Högskolan Väst. Resultaten av forskningen som bedrivs av högskolan måste ha syftet att generera kunskap som kan gynna svenska företag ekonomiskt. Projekten Högskolan Väst deltar i finansieras därför alltid till 50 procent av projektsamarbetspartners, som sedan också får rätt till resultaten.

För att tillverka saker för fordon och i synnerhet flygande fordon ställs oerhört höga krav på precision och exakthet. Tillverkningsprocessen måste följa vissa standarder, detta på gott och ont. I och med att tekniken har använts i jetmotorer så har tekniken idag nått upp till kraven. Men det kan också ses som hämmande. Tekniken skulle också kunna användas i branscher där kraven är mindre och utvecklats ytterligare på andra områden.

– Min vision är att i framtiden kunna skräddarsy standardiserade produkter, säger Anna-Karin Christiansson, docent, Högskolan Väst.

Ska bli kommersiell
Tekniken finns redan idag för att tillverka additivt med hjälp av en industrirobot och lasersvetsning. Många företag har redan både roboten och lasertekniken som en del i sin maskinpark. Kunskapen från forskningen är också så stor att man idag skulle kunna föra ut den på verkstadsgolvet. Däremot är det en del kvar att göra i form av automatisering. Byggprocessen kräver idag också en hel del handpåläggning.

Forskningen vid högskolan har gått ut på att utveckla tekniken och samla kunskap och data. Men för att kunna exploatera tekniken på marknaden måste utrustningen bli lika enkel att använda som en hemmaskrivare. Där man från en CAD-modell i datorn trycker på print och får ut sitt färdiga objekt. Arbetet idag handlar om att förenkla och automatisera data från forskningen.

– Det är inte längre forskning, utan ingenjörsarbete, säger Anna-Karin Christiansson. Det hade varit väldigt spännande att se ett implementeringsföretag åta sig uppgiften. Ett företag som i slutändan kan erbjuda verkstäder och industrier ett robotprogram för att tillverka additivt.

Datan som måste standardiseras och automatiseras är bland annat materialkunskap. Att skriva objekt i nickelbas-legeringar är en sak och att skriva ut i titan är en helt annan. För varje objekt måste robotkoden också avgöra hur fort svetsen ska röra sig, på vilken plats den ska hamna och med vilken vinkel samt vilken lasereffekt och trådhastighet den ska använda.

[quote align=”center” color=”#999999″]Får man drömma kan man kanske i framtiden se små kvartersverkstäder som skräddarsyr och levererar objekt, på samma sätt som vi idag beställer pizza.[/quote]

Flera fördelar
Fördelarna med svetstekniken jämfört med annan framställning är dock många. Beroende på vilken verksamhet det handlar om kan tillverkningsprocessen gå snabbare med additiv tillverkning. Materialkostnaden kan också minimeras. Där fräsning försakar material, använder exempelvis additiv tillverkning bara så mycket material som behövs för just den produkten. På så vis går det att spara flera hundra kilo material beroende på produkt, säger Petter Hagqvist, Högskolan Väst.

Materialegenskaperna blir också annorlunda. Då tekniken utgår från en svets härdas metallen och materialegenskapen kan närmast jämföras med smide. I och med de nya materialegenskaperna kan man exempelvis göra produkter med samma hållbarhet, men med mindre dimension och mindre vikt exempelvis.

– Framtiden för tekniken ligger främst i applikationer med låg volym och högt värde. Exempelvis flygplansdelar som kostar oerhörda pengar, och inte görs i så stora serier. Får man drömma kan man kanske i framtiden se små kvartersverkstäder som skräddarsyr och levererar objekt, på samma sätt som vi idag beställer pizza, avslutar Petter Hagqvist.

Läs vidare

Både stort och smått på årets Elmia 3D

På årets upplaga av Elmia 3D medverkade ett tjugotal utställare. 3dp.se hälsade på hos några av dem och hittade allt från mikroskopiskt små utskrifter till hela arbetsflödeslösningar och flera mässpremiärer.
Elmia 3D kollage 2

Espressobryggare vinnare i designtävling

Under Elmia 3D presenterades vinnaren i SVEAT:s tävling Design Challenge 2024. Det bidrag som imponerade mest på juryn var en unik espressobryggare, designad av Simon Dybeck.
Design Challenge 1

Axplock från Elmia 3D-mässan

Det har gått två år sedan sist, men den 14–17 maj var det dags för den additiva branschen att samlas igen på Elmia 3D. Här är några nedslag från mässans första dag.
Elmia 3D kollage

Dags igen för Elmia 3D: "En bra bredd bland utställarna"

Smart industri. Hållbar industri. Omställbar industri. Det är tre teman som genomsyrar årets upplaga av Elmia Produktionsmässor, inte minst Elmia 3D där allt som handlar om additiv tillverkning samlas.
Elmia 3d

Senaste nytt

Både stort och smått på årets Elmia 3D

På årets upplaga av Elmia 3D medverkade ett tjugotal utställare. 3dp.se hälsade på hos några av dem och hittade allt från mikroskopiskt små utskrifter till hela arbetsflödeslösningar och flera mässpremiärer.
Elmia 3D kollage 2

GE Additive har fått nytt namn

GE Additive har bytt namn till Colibrium Additive, ett GE Aerospace-företag.
CA_RGB-AtmsBlu-1024x434

Espressobryggare vinnare i designtävling

Under Elmia 3D presenterades vinnaren i SVEAT:s tävling Design Challenge 2024. Det bidrag som imponerade mest på juryn var en unik espressobryggare, designad av Simon Dybeck.
Design Challenge 1

Axplock från Elmia 3D-mässan

Det har gått två år sedan sist, men den 14–17 maj var det dags för den additiva branschen att samlas igen på Elmia 3D. Här är några nedslag från mässans första dag.
Elmia 3D kollage