För två år sedan köpte Höganäs den Göteborgsbaserade 3d-printerutvecklaren Fcubic och fick tillgång till en patenterad teknik för 3d-print av metallkomponenter. Förvärvet var ett led i utvecklingen av det nya affärsområdet Digital Metal, där Ralf Carlström sitter som chef. Det är en unik svensk verksamhet som kombinerar egen 3d-printteknik, djupa industrikunskaper och egen tillverkning av metallpulvermaterial.
Den teknik som Digital Metal använder har sitt ursprung i forskningsorganisationen Swerea IVF. I deras regi var tekniken tänkt att användas för att 3d-printa keramer, men av olika anledningar gick man inte vidare. Dåvarande forskaren Urban Harrysson fick 2003 möjlighet att lyfta över tekniken i bolaget Fcubic och han började anpassa den för att producera med metallpulver. Att industrialisera tekniken var dock både kostsamt och energikrävande och 2010 inleddes ett samarbete med Höganäs som slutade med att bolaget köptes.
Solid grund
Höganäs är världens största tillverkare av metallpulver, med en global marknadsandel på drygt 30 procent. Den största kundsektorn på området är bilindustrin, som står för två tredjedelar av omsättningen. Det sitter alltså Höganäs-pulver i nästan alla bilar i världen.
Järnpulver är basen och man tillsätter olika pulver materiallegeringar för att styra egenskaper som hållfasthet etc. Typiska produkter i fordonsindustrin som använder sintrade komponenter är växellådor, bilmotorer och chassin.
– Förutom järnpulver är även nickel- och koboltbaserade pulver en viktig del av utbudet, säger Ralf Carlström. Dessa används ofta för ytbeläggningsändamål, till exempel belägger man ventiler i motorer med koboltbaserad legering för att öka nötningsbeständigheten.
Så fungerar tekniken
Den teknik som Höganäs fick i och med köpet av Fcubic kan enklast beskrivas som en bläckstråleskrivare på pulverbädd. Den slutgiltliga hållfastheten uppnås i en separat sintringsprocess. Precis som med SLS eller EBM bygger den på tunna metallpulverlager. Men istället för att lasersintra de individuella lagren appliceras en binder med bläckstråleteknik som binder samman lagren. När en konstruktion är klar måste den därför brännas i en ugn, själva sintringen. Eftersom konstruktionerna bränns i ugn kan man också få fram ett antal specifika egenskaper.
– Ingen annan har vår teknik, där vi kan printa med en binder och därefter sintra till näst intill full densitet. Fördelarna jämfört med laser eller EBM är en bra kombination av tolerans, ytfinish, detaljrikedom och produktionshastighet.
Produktionen sker i en bygglåda som inte behöver vara vakuumtät eller försedd med argongas. Enligt Ralf Carlström är en av fördelarna med att bygga kallt att komponenterna kan packas tätare eftersom man slipper ta hänsyn till värmeledning. Man behöver heller inte sätta stödmaterial på komponenterna, vilket underlättar den efterföljande rensningen av överflödigt pulver.
Maximal byggstorlek ligger på 500 kubikcentimeter. Det är en fördubbling jämfört med den teknik man tog över i och med förvärvet av Fcubic. Det har alltså skett en rejäl produktutveckling i Digital Metals regi. Hastighetsmässigt ligger maskinen i paritet med liknande lösningar.
– Vi fyller 500 kubikcentimeter på ett skift, säger Ralf Carlström. Teoretiskt kan vi slutföra 500 kubikcentimeter på två dygn, alltså både printa och sintra.
Den kemiska binder som används bränns av under upphettning. Därefter sintras komponenterna i samma ugn, vilket ökar densiteten. Mikrostrukturen ligger på 95-97 procents täthet, med en väl distribuerad porstruktur. Enligt Ralf Carlström uppvisar deras komponenter egenskaper som motsvarar i stort ett fulltätt material. Man har olika metoder för ytbehandling och med både kemisk och mekanisk behandling kan man komma ner på 1.0 Ra.
Kunder och applikationer
– Vi ser flera öppningar inom komplexa komponenter som är omöjliga att tillverka med traditionell teknik, säger Ralf Carlström. Svårigheten är att få konstruktörer och designers att förstå nyttan och få dem att tänka i nya banor. De måste få förtroende för tekniken och inte tro att den är jättedyr, vilket de flesta tror att den är.
– Vi har i dagsläget flera kunder som arbetar med formgivning, de beställer ofta mindre komponenter i rostfritt stål. Det är ett medelhållfast konstruktionsstål som är känt för att vara duktilt och går att forma väl.
Fler material på gång
När det gäller material så erbjuder Höganäs Digital Metal i dagsläget rostfritt, stål. Man arbetar dock intensivt med att utveckla detta erbjudande, i strategin ingår bland annat Titan, 17-4 PH, men även andra metallegeringar.
– Det finns flera synergier med Digital Metal-teknik och Höganäs traditionella verksamhet. Kunskap om hur storlek och form på partiklar, samt hur binder-sammansättning och sintringsparametrar påverkar slutresultat är gemensamt för båda verksamheterna, avslutar Ralf Carlström.
