Additiv tilvirkning som produksjonsmetode
Additiv tilvirkning brukes stadig mer i regulær produksjon, ikke bare til prototyper og modeller. Det er visse bruksområder der additiv tilvirkning gir særlige fordeler og muligheter framfor tradisjonelle produksjonsmetoder som subtraktiv tilvirkning (f.eks. maskinering) eller forming (f.eks. støping). Her er noen eksempler på slike bruksområder:
- Stive, sterke og lette komponenter "bygd" med indre 3D-gitterstrukturer eller designet v.h.a. topologioptimalisering, f.eks. til sportsutstyr
- Komponenter med skreddersydd geometri som må ta lite plass eller som må passe inn i trange rom med irregulær geometri, f.eks. komponenter til lufttilførselssystemer i et fly
- Reservedeler lagd lokalt etter behov
- Former for støping med plast eller metall, der man f.eks. kan lage kjølekanaler som ligger i konstant avstand til produktet som støpes (såkalte konforme kjølekanaler)
- Anvendelser innen tannteknikk og medisin/helsesektoren generelt; dette er kanskje det området som vokser aller mest
Med additiv tilvirkning er det også mulig, via prosessen, og få fram nye mikrostrukturer i materialet. En kan også kombinere ulike materialer, eller lage gradienter i materialkomposisjon eller materialegenskaper i et produkt.
Mange ulike additivprosesser
Mange ulike materialer og prosesser innen additiv tilvirkning er nå tilgjengelige for industrien, og nye eller forbedrede materialer og prosesser blir stadig introdusert. Det er imidlertid slik at de ulike additivprosessene har sine spesielle muligheter og begrensninger, og valg av prosess er det første en bedrift bør tenke på når en komponent skal lages med additiv tilvirkning.
MKRAM-prosjektet
MKRAM-prosjektet har fokusert på såkalte pulversengprosesser (powder bed fusion), der pulverpartikler (med diameter typisk mindre enn 0.1 mm) lagvis sammenføyes til et 3D-produkt. Sammenføyningen gjøres vanligvis v.h.a. en laserstråle, men elektronstråler brukes også i noen maskiner for metaller. Slike pulversengprosesser er viktige industrielt og de går også under navn som selective laser sintering, selective laser melting etc (noen slike navn er beskyttede varemerker).
Når det gjelder materialer har MKRAM-prosjektet fokusert på utvalgte metallegeringer (verktøystål og nikkel-superlegeringer) og polymermaterialer (polyamid-12 med og uten forsterkning).
Målet med MKRAM-prosjektet har kort sagt vært å forstå de effektive materialegenskapene en får med prosessene nevnt ovenfor. Vi har også jobbet med å kartlegge og forstå repéterbarheten, d.v.s. variasjon i materialegenskaper fra del til del, fra maskin til maskin og med ulike materialer og pulvertyper.
Det er mange utfordringer med additiv tilvirkning av komponenter som skal utsettes for statisk eller dynamisk mekanisk belastning. Når det gjelder slike komponenters ytelse er hovedutfordringene knyttet til materialegenskaper (inklusive anisotropi p.g.a. den lagvise oppbyggingen og prosessinduserte indre spenninger) og variasjonen i egenskaper fra komponent til komponent (denne variasjonen har flere kilder). Overflateruheten fra prosessen kan også påvirke mekanisk ytelse. I noen tilfeller kan de effektive materialegenskapene til komponenter lagd med additiv tilvirkning være ganske forskjellige fra egenskapene en er vant til fra tradisjonelle framstillingsmetoder (med samme materiale).
Deltakerne i MKRAM
FoU-partnere: SINTEF Industri, SINTEF Manufacturing, NTNU (Gjøvik og Trondheim). Disse FoU-partnerne har erfaring med additiv tilvirkning med metaller og plast fra tidligere prosjekter. NTNU har tre maskiner for additiv tilvirkning i fullverdige industriinstallasjoner. Prosjektet har finansierert to PhD-kandidater tilknyttet NTNU.
Bedriftspartnere: GKN Aerospace Norway, Kongsberg Automotive (Raufoss), Nammo Raufoss, OM BE Plast, Sandvik Teeness.
MKRAM-prosjektet har vært finansiert av bedriftene ovenfor og Norges forskningsråd som et kompetanseprosjekt i BIA-programmet.