Om Aluminium 8.6 Additiv tillverkning

8.6 Additiv tillverkning

Skriv ut
Innehållsförteckning

    8.6.1 Additiv tillverkning

    Additiv Tillverkning (AM) eller 3D-printning är ett sätt att sammanfoga material för att tillverka komplexa tredimensionella metalliska komponenter, skikt för skikt, baserade på data från en digital 3D-modell. Man smälter lokalt ett metallpulver eller en tråd med laser eller elektronstråle. Komponenterna kan ha nästan vilken form eller geometri som helst. Metoden kan jämföras med en bläckstråleskrivares arbetssätt.

    För att skriva ut ämnen i aluminiumlegeringar är det några av tillverkningsmetoderna som är mer intressanta än övriga. Det finns ännu inga bra svenska översättningar för begreppen varför de är angivna med den engelska termen här.

    Metoderna är Binder Jetting (BJ), där ämnena sintras och HIP-as i önskvärt pulvermaterial, Powder bed fusion (PBF), som använder olika typer av laser- och elektronstråleteknik, Direct Energy Deposition (DED), där laser eller plasma används för att sammanfoga material till färdig komponent och Material Jetting (MJ), där droppar av metallen läggs lager för lager i varmt eller kallt tillstånd.

    Figur 83. Årets gjutgods vid en stor gjuterikonferens i USA 2018. Ämnet skrevs ut i en sandform med binder jet-teknik (BJ) och sedan användes lågtrycksgjutning för att fylla formen.

    8.6.2 Direktframställning av 3D-printade aluminiumkomponenter

    Metallskrivare för att ta fram komponenter direkt i skrivaren lanserades i slutet av 1990-talet och domineras i dag av tillverkare från främst Tyskland. Men även Sverige har varit framgångsrikt med Arcam, som använder elektronstråle för att smälta pulver och Digital Metall, ett dotterbolag till Höganäs, som limmar ihop metallpulver för att sedan sintra och utföra HIP (Hot Isostatic Pressing) på komponenten.

    Figur 84. 3D-printade småkomponenter.

    För aluminium är det BJ- och SLS-tekniken (sintring av sandkorn) som främst används för att ta fram komponenter, men även DOD (Drop on Demand) för små ämnen i nanostorlekar. Begränsningar finns i hur stora ämnen som kan skrivas ut. Figur 85 visar ett exempel på en stor komponent, ett motorblock till VW. Blocket på 25 kg tog cirka 300 timmar att skriva ut, efterbearbetningen tog sedan lika lång tid.

    Figur 85. Motorblock printat av Robert Hoffmann
    GmbH, i aluminium till en VW. (foto Sten Farre)

    Sedan 2015 har tydliga framsteg gjorts inom AM. Nya legeringar har tagits fram, och då speciellt aluminium-skandium, som bättre utnyttjar fördelarna med den mycket snabba kylningshastigheten, som uppnås jämfört med konventionella framställningssätt och som ger förbättrade mekaniska egenskaper. Vanligen använda legeringar är renaluminium, AlSi12, AlSi9Cu3, AlSi10Mg och Scalmalloy (AlSc-legering).

    Figur 86. Strukturen hos en AlSiCu-gjutlegering
    förstorad ca 550x.

    Addalloy är den första högpresterande aluminiumlegeringen speciellt för AM. Den är termiskt stabil upp till 350ºC, är skandium- och kiselfri, har god maskinbearbetbarhet, är härdbar och svetsbar, har hög termisk och elektrisk ledningsförmåga samt hög densitet i utskrivna komponenter. Brottgräns Rm > 390 MPa och brottförlängning A> 23,8%.

    8.6.3 Tillverkning av 3D-printade gjutformar

    Både gjutformar och kärnor kan direkt skrivas ut i sand eller gips, utan att använda modeller. Vid kortare serier innebär det kostnadsbesparingar eftersom ingen modell behöver tillverkas. Vid större serier kan förserier framställas och utvärderas innan man gör modeller och verktyg för serietillverkning. BJ-metoden används företrädesvis, där sanden först blandas med en härdare. Därefter droppas bindemedel ut i valda delar av pulverbädden.

    En annan teknik är Reverse Engineering, där man 3D-skannar en befintlig produkt, till exempel en gammal reservdel som det inte finns några ritningar på. Man får då fram ett digitalt underlag som kan anpassas för 3D-printning och gjutning.