Åpne sinnet for additiv produksjon!

- Additiv produksjon gir konstruktører ny frihet til å skape fremtidens produkter, sier Thomas Wikgren, med ansvar for hvordan produktene brukes hos Sandvik Coromant.

Publisert Oppdatert

Additiv produksjon tvinger designingeniører til å tenke gjennom alt de gjør på nytt. Dette kan virke som en nokså bombastisk uttalelse, men når man betrakter den friheten som ligger i denne raskt voksende teknologien, blir det fort en påstand som holder stikk.

Gir helt nye muligheter

Begeistringen skyldes de omskapende egenskapene til den additive prosessen. Muligheten til å «skrive ut» – eller «addere», i stedet for å fjerne materiale fra faste stoffer, betyr at innvendige strukturer kan lages med nye kompleksitetsnivåer, slik at sluttproduktene og -komponentene er mer skreddersydd for formålet. Skjæreverktøy kan for eksempel tilvirkes med intrikate innvendige hulrom og kjølekanaler, redusert vekt og forbedret ytelse. Det samme gjelder for mange andre metallkomponenter, der additiv produksjon gir muligheter for tidligere uoppnåelige nivåer når det gjelder topologisk optimering.

Additiv produksjon er et så dramatisk nytt utviklingstrinn at fremskrittet bare begrenses av vår egen fantasi. Og annet er faktisk ikke å vente. Historisk sett har ingeniører blitt lært opp til å tenke og konstruere ut fra subtraktive teknologier. Det kommer til å ta litt tid å endre tenkemåten og før den akademiske verden og industrien investerer i de nye verktøyene som er blitt tilgjengelige.

Komplementær prosess

En av de viktigste lærdommene helt fra begynnelsen av har kanskje vært at additiv produksjon ikke må betraktes som en erstatning for subtraktive metoder. Mer realistisk må den ses på som en komplementær teknologi som bare egner seg på bestemte bruksområder.

Men hvordan kan en bedrift finne ut om teknologien passer for dem? En sjekkliste kan være et godt utgangspunkt. Fremstilles komponenten i en kompleks form? Må den lages i et kostbart materiale? Er lav vekt en vesentlig egenskap ved sluttkomponenten? Hvis svaret er ja, kan komponenten være en god kandidat for additiv produksjon.

Men det finnes også andre viktige spørsmål. Er det sannsynlig at komponenten leveres i en rekke variasjoner gjennom kundespesifikk masseproduksjon? Og finnes det et potensiale for å smelte underdeler sammen til én komponent? Og til slutt: Er det et sterkt behov for redusert monteringstid og økt produktivitet eller reduserte beholdninger? Hvis svaret er ja her også, kan «bygging» av komponenten være løsningen.

Kan «skreddersy» materialer

Valg av riktig pulver er også av avgjørende betydning, for kvaliteten og egenskapene til pulveret har svært mye å si for egenskapene til komponenten. Enkelt sagt er det tre hovedaspekter som må tas i betraktning: valg av råmateriale, partikkelstørrelse og morfologi. I dag finnes det fem hovedlegeringsgrupper som brukes i additive tilvirkningsprosesser, nemlig stål, koboltkrom, nikkel, aluminium og titan. Sandvik er verdensledende når det gjelder metallpulver til additiv produksjon og tilbyr det bredeste legeringsprogrammet på markedet – og kan til og med skreddersy materialer.

Alle additive tilvirkningsprosesser består av lag for lag-fremstilling av tredimensjonale objekter, men produksjonsteknikkene er forskjellige. Utskriftssystemer kan klassifiseres enten ut fra energikilde eller måten materialet sammenføyes på, for eksempel ved å bruke laser eller et bindemiddel. Sandvik has alle relevante utskriftsprosesser for metaller på huset.

Pulverseng-fusjon (powder bed fusion) bruker for eksempel enten laser- eller elektronstråler til å smelte og fusjonere sammen pulveret. Smelteprosessen gjentas lag for lag til det siste laget er smeltet og delene er komplette. Deretter fjernes de fra byggeplaten og etterbehandles alt etter behov. Pulversengfusjonsmetoder er egnet for en rekke materialer og bruksområder, ettersom de typisk gir svært slitesterke deler og det finnes et bredt spekter av tilgjengelige etterbehandlingsmetoder.

Additiv fremstilling gjorde det mulig å oppnå en mer kompakt konstruksjon, som i kombinasjon med en Silent Tools-adapter sørger for kortere avstand mellom demperen og skjærkanten.
Additiv fremstilling gjorde det mulig å oppnå en mer kompakt konstruksjon, som i kombinasjon med en Silent Tools-adapter sørger for kortere avstand mellom demperen og skjærkanten.

Bindemiddelspyling bruker på sin side et pulverbasert materiale og et bindemiddel, vanligvis i flytende form, som fungerer som klebemiddel mellom pulverlagene. Et skrivehode beveger seg horisontalt og avsetter vekslende lag av byggematerialet og bindematerialet. Etter hvert lag senkes objektet som skrives ut, ned på byggeplattformen. Det resulterende objektet er i rå tilstand, så etterbehandling er nødvendig. Rålegemet herdes i ovn for å fjerne løsemiddelet fra bindemiddelet, og til slutt løsnes og sintres det til nesten full tetthet i en sintringsovn.

For å oppnå de riktige egenskapene slik som overflatekvalitet, geometrisk nøyaktighet og mekaniske egenskaper, trenger nesten alle komponenter i additiv produksjon etterbehandling av en eller annen type. Dette kan omfatte varmebehandling, separasjon av komponenter fra støttestruktur og byggeplate, maskinering, overflatebehandlingsprosedyrer, samt testing og sertifisering. I tillegg kan innvendige flater, slik som innvendige kjølekanaler, slipes.

Morgendagens produkter

De grundige kunnskapene om denne verdikjeden - fra topologi til pulver, utskrift og prosessering - gjorde Sandvik Coromant i stand til å lansere det første verktøyet fremstilt ved bruk av additiv tilvirkning. CoroMill 390 er, ifølge produsenten, det perfekte eksemplet på hvordan denne teknikken, kombinert med optimert materialvalg, kan brukes til å skape svært komplekse former og innvendige karakteristikker. I dette tilfellet var resultatet et verktøy som er 80 prosent lettere enn det som ville vært mulig ved bruk av subtraktive metoder. Metoden gjorde det også mulig å oppnå en mer kompakt konstruksjon, som i kombinasjon med en Silent Tools-adapter sørger for kortere avstand mellom demperen og skjærkanten, og dermed forbedrer prosessikkerheten ved fresing med lange overheng.

CoroMill 390 er et verktøy som er fremstilt additivt og er 80 prosent lettere enn det som ville vært mulig ved bruk av subtraktive metoder.
CoroMill 390 er et verktøy som er fremstilt additivt og er 80 prosent lettere enn det som ville vært mulig ved bruk av subtraktive metoder.

Den endelige designen av verktøyet var resultatet av en rekke iterasjoner, noe som igjen understreket de sterke sidene ved den additive produksjonsprosessen. Forskjellige topologier og materialer – med et mulig skifte fra stål- til titanlegering – kunne produseres raskt ved bruk av pulversengfusjon-laserutskrift, slik at vekten kunne reduseres til et absolutt minimum.

Det er opplagt at vi står i startgropen til det som ser ut til å bli en fascinerende reise etter hvert som vi lærer å konstruere og bygge produkter på nye måter. Men dette vil aldri bli teknologi for teknologiens egen skyld. For hvert skritt vi tar på veien vil vi spørre oss selv hvordan additiv tilvirkning kan komme til nytte for kunden. Hvis metoden ikke har noen forretningsmuligheter, går vi ikke videre i den retningen. Additiv produksjon vil sannsynligvis føre til nye produkttyper som vi ikke kan forestille oss i dag. Og for et selskap som Sandvik, med en historie full av innovasjoner, gir dette løfter om en utrolig spennende fremtid.

For mer informasjon se: www.sandvik.coromant.com