TAPERTECH - Att skräddarsy högpresterande stålkomponenter genom additiv tillverkning med ljusbåge och laser

 

En additivt tillverkad "vägg" för metalliska applikationer.

Det finns en naturlig koppling mellan svetsteknologi och de kompetenser som behövs för att studera AM med laser och ljusbåge. Högskolan Västs forskare inom svetsteknologi kan i det här projektet tillföra kompetens inom svetsmetallurgi och mekaniska egenskaper, processutveckling och kontroll samt processfysik och modellering. Det skapar synergieffekter som gör svetsbaserad AM användbar inom tillverkningsindustrin.

Högskolan Väst driver Tapertech tillsammans med fyra industripartner: BAE Systems Hägglunds, Uddeholm AB, TRUMPF Maskin AB och ESAB AB.

BAE Systems Hägglunds är en tänkbar slutanvändare av AM-teknik för in-house-produktion av komponenter till terrängfordon, tillverkade av höghållfasta stållegeringar. Fördelar som kortade ledtider, reducerad vikt och minskad miljöpåverkan är viktiga nyckelfaktorer. För BAE Systems Hägglunds är de största fördelarna med AM, jämfört med gjutna eller smidda komponenter, att man får betydande kostnadsbesparingar, ökad prestanda och extra funktionalitet.

AM-processer är svåra att övervaka och kontrollera på grund av det stora antalet processparametrar och deras komplexa korrelation till varandra. Detta leder till en hög grad av osäkerhet beträffande materialegenskaper och defekter i AM-komponenter, något som avsevärt begränsar tillverkningsmetodens användbarhet. Det gäller särskilt för produkter där kraven på tillförlitlighet av komponenternas prestanda är mycket höga, exempelvis för terränggående fordon.

Enligt TRUMPF finns det mer att utforska inom AM med laser och pulver. Det är mycket relevant för ett företag som TRUMPF att ligga i framkant inom den här tekniken. Därför har TRUMPF intresse av att få djupgående insikter om prestanda hos deras utrustning för AM-applikationer – som ett första steg för intern produktutveckling.

ESAB är en traditionell tillverkare av både tillsatsmaterial och svetsutrustning för additiv tillverkning. Ur ESAB:s synvinkel är additiv tillverkning med tråd och ljusbåge (WAAM) en del av AM-området som fortfarande är relativt lite utvecklat.

Slutligen producerar Uddeholm pulver för additiv tillverkning och är intresserat av att utveckla processparametrar för metalldeponering med pulver som tillsatsmaterial och laser som energikälla (LMDp). Applikationer för verktygsstål har prognostiserat en betydande tillväxt sedan industriella AM-tekniker lanserades.

Den relevanta kärnfrågan i detta projekt är hur man kan skräddarsy prestanda (funktionalitet och integritet) hos stålkomponenter med hög hållfasthet/motståndskraft genom additiv tillverkning med laser och ljusbåge. Svaren på forskningsfrågan och relaterade delfrågor kan inte uppnås genom att utforska varje fråga separat inom klustret "process-material-simulering-mekaniska egenskaper”.  Lösningen är att arbeta i följande fyra delprojekt:

•  Additive Manufacturing Metallurgy of Steels (AMMet-Tapertech)
•  Additive Manufacturing Modelling and Simulation (AMSim-Tapertech)
•  Additive Manufacturing Process Development and Control (AMProc-Tapertech)
•  Additive Manufacturing Mechanical Characterization (AMPMech-Tapertech)

Baserat på denna strategi har projektet strukturerats som figuren nedan visar. För att kunna lösa utmaningarna behöver man arbeta innovationsbaserat, det vill säga genom banbrytande forskning.

Flödesschema med metodisk strategi för att utveckla delprojekten och att bygga upp demonstratorer.