Til hovedinnhold

MKRAM – Materialkunnskap for additiv tilvirkning (3D-printing) som industriell produksjonsmetode

MKRAM – Materialkunnskap for additiv tilvirkning (3D-printing) som industriell produksjonsmetode

Publisert 7. juli 2016

Additiv tilvirkning (3D-printing) brukes stadig mer i industrien. De siste årene har det skjedd mye på dette området, både teknisk og kommersielt, innenfor materialer, maskiner og produksjonstjenester. Det er imidlertid en del FoU-utfordringer innen additiv tilvirkning, bl.a. når det gjelder å få forutsigbare og repeterbare materialegenskaper. MKRAM-prosjektet tar for seg disse problemstillingene for utvalgte metallegeringer og plastmaterialer.

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 fokuserer 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 fokuserer MKRAM-prosjektet på utvalgte metallegeringer (verktøystål og nikkel-superlegeringer) og polymermaterialer (polyamid med og uten forsterkning).

Målet med MKRAM-prosjektet er kort sagt å forstå de effektive materialegenskapene en får med prosessene nevnt ovenfor. Vi skal også 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).

Deltakere i MKRAM
FoU-partnere: SINTEF Materialer og kjemi, SINTEF Raufoss 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 finansierer to PhD-kandidater tilknyttet NTNU.
Bedriftspartnere: GKN Aerospace Norway, Kongsberg Automotive (Raufoss), Nammo Raufoss, OM BE Plast, Sandvik Teeness.

MKRAM-prosjektet er finansiert av bedriftene ovenfor og Norges forskningsråd som et kompetanseprosjekt i BIA-programmet.

Prosjektleder og kontaktperson i SINTEF Materialer og kjemi:

Navn
Erik Andreassen
Tittel
Seniorforsker
Telefon
982 82 492
Avdeling
Materialer og nanoteknologi
Kontorsted
Oslo
Company
SINTEF Materialer og kjemi

Kontaktperson i SINTEF Raufoss Manufacturing:

Olav Åsebø Berg

Seniorforsker
Navn
Olav Åsebø Berg
Tittel
Seniorforsker
Telefon
980 77 666
Avdeling
Produksjonsteknologi
Kontorsted
Trondheim
Company
SINTEF Raufoss Manufacturing AS

Prosjektvarighet

2016 - 2019

Seniorforsker