REPAM driver nytänkande kring metallpulvertillverkning
Innovativa tillämpningar av ny teknik ska möta de ökande kraven på materialprestanda vid additiv tillverkning. Inom ett nystartat projekt samarbetar KTH med andra forskargrupper i Sverige och med stora europeiska industriföretag för att utveckla hållbara och effektiva metoder för pulverframställning.
REPAM är ett nystartat EU-projekt med fokus på olika metoder för att minska mängden material och energi som går åt vid framställning av metallpulver för additiv tillverkning. Metoder för nyproduktion, återanvändning och återvinning leds av tre olika projektteam och kompletterar varandra.
Chris Hulme Smith leder forskningen kring ett av delprojekten tillsammans med sina kollegor Greta Lindwall och Mohammad Hoseini Athar.
– Additiv tillverkning är en jätteflexibel tillverkningsmetod med många fördelar för ingenjörer och designers, men som materialexpert kan man se utmaningarna, och det är dem vi försöker hantera i projektet, säger han.
Nyproduktion med gasatomisering
KTH leder utveckling av nya processer för gasatomisering – den mest använda metoden för att framställa pulver för additiv tillverkning från grunden. Chris berättar att tekniken har funnits i decennier, men att additiv tillverkning har förändrat storlekskraven hos slutanvändarna. Han beskriver samtidigt gasatomisering som en kaotisk och slumpmässig process, där det idag saknas tillräckligt effektiva metoder för att kontrollera hur stora pulverpartiklar som framställs:
– Vi börjar med flytande metall som kyls jättesnabbt till några hundra grader så att de partiklar som ska blir korn flyger åt alla håll i många meter per sekund. Svårigheten att mäta och justera under processen gör att vi får en väldigt bred storleksdistribution. Idag är det enbart 30–40 procent av den ursprungliga råvaran som ger användbart metallpulver för 3D-skrivning, resten har fel storlekar.
Enligt Chris är förhoppningen att få en trettioprocentig ökning av mängden användbart pulver med hjälp av nya mätmetoder – bland annat optiska tekniker som idag används inom helt andra områden.
– Det är egentligen den stora innovationen, att kombinera gasatomisering med de här sensorteknikerna. Vi kommer att kunna mäta och justera processen i realtid. Vi kommer även få information om vad som påverkar processen, om storleken, hastigheten, temperaturerna, säger han.
Återanvändning
En annan del av projektet fokuserar på återanvändning av överblivet pulver, något som enligt Chris kan vara mer kostnadseffektivt än att framställa nya pulver. Återanvändning har dock också sina utmaningar.
– Pulver som är använt i additivtillverkninsprocesser men inte har bildat komponenter har en tendens att klumpa ihop sig. Även ytan kan påverkas och försämras hos pulver som blir liggande, säger han.
Företaget Graphmatec i Uppsala leder utvecklingen av processer för att få prestanda i återvunnet pulver. De undersöker även om skadade ytskikt kan repareras genom att täckas med grafen.
Återvinning
Ett problem vid återvinning av metaller är att ytskikt hos skrotkomponenter kan ha förorenats av material de kommit i kontakt med. Luleå universitet testar tillsammans med ett tyskt återvinningsföretag en laserbaserad teknik som tidigare använts för att fräsa bort målade ytskikt. Det förorenade lagret avlägsnas så att återstoden av komponenten kan användas.
Chris berättar att tekniken kan användas för att bryta ner hela skrotkomponenten och återvinna pulvret direkt inom återvinningsprocessen, något som dessutom löser ett lagringsproblem:
– Tidigare har man av praktiska skäl varit tvungen att skapa återvunnet material av olika metallegeringar, helt enkelt för att den stora mängden material gjort en mer finfördelad materialkategorisering omöjlig. Det kan innebära att de mest värdefulla elementen späds ut och deras effekt förminskas.
Framtida tillämpning
Redan idag har de olika metoderna många intressenter med pulvertillverkare, återvinningsföretag och tillverkningsföretag längs hela värdekedjan. Men de framtida användarna kan bli många fler.
– Vi sysslar med additiv tillverkning i det här projektet och slutanvändarna vill ha pulver för flygplanskomponenter, bilar och annat, men om teknikerna väl är på plats så kan de få mycket bredare tillämpning mot olika tillverkningsprocesser, säger Chris.
Text: Alexandra von Kern
Artikeln publicerades ursprungligen i branschstidningen Bergsmannen med nyheter från stål-, metall-, gjuteri-, gruv- och bergmaterialindustrin.