Svenskens forskning kan revolutionera flygindustrin

Flygindustrin använder redan 3d-printingmetoden lasermetalldeponering med pulver för att producera komponenter. Andreas Segerstarks forskning kan förbättra den tillverkningen avsevärt.

LMPD, laser metal deposition, innebär att en robot svetsar flera tunna svetssträngar av metallpulver intill varandra, och i flera skikt, tills komponenten får rätt form.

I dag används lasermetalldeponering med pulver bland annat för att bygga komponenter med komplexa former genom att addera metallskikt på enklare gjut- eller smidesgods. Metoden används också för att reparera flygmotorkomponenter som är svåra att reparera med konventionella reparationsmetoder.

Nu kan LMPD utmana traditionella tillverkningsmetoder som gjutning och smidning och även minska behovet av fräsning och svarvning på ett nytt sätt. Nyligen presenterade och försvarade Andreas Segerstark sin doktorsavhandling på Högskolan Väst. Hans forskning visar på helt nya möjligheter att kunna producera motorkomponenter effektivare med additiv tillverkning med pulver.

– Det jag har haft fokus på är hur materialet fungerar och hur det kan få de rätta egenskaperna så att det är användbart för flygindustrin, säger Andreas Segerstark.

Han har hittat viktiga samband mellan de primära processparametrarna och deras påverkan på materialet under tillverkningsprocessen. Hans upptäckter innebär att produktionen kan göras mer flexibel.

Exempelvis kan man enklare anpassa ett material beroende på om det ska utsättas för drag eller tryck.

– Jag har tittat på hur processens parametrar påverkar materialets mikrostruktur och kornstrukturen. Om en del exempelvis bara ska utsättas för drag åt ett håll så vill man såklart ha ett anisotropt material. Med traditionella tillverkningsmetoder måste man ändra hela processen för att påverka om ett material ska vara anisotropt eller isotropt, men med LMPD kan man designa materialet efter syftet. Det är väldigt flexibelt på det sättet, säger han.

Med anisotropt menas att ett material har olika fysikaliska egenskaper åt olika håll. Isotropa material har samma egenskaper i alla riktningar.

Ett annat resultat av Andreas Segerstarks forskning är att svinnet av kostsamma superlegeringar kan minskas med upp till 90 procent. I sin studie har han arbetat med Alloy 718 eftersom den dyra superlegeringen är ett vanligt material i kommersiella flygjetmotorer.

Forskningen har genomförts i nära samarbete med GKN Aerospace i Trollhättan. För dem och andra tillverkare inom flygindustrin kan de nya kunskaperna bidra till att deras additiva tillverkning med LMPD blir mer effektiv.

Produktionen går snabbare och kan enkelt kan ställas om för tillverkning av nya komponenter. Tack vare digital styrning behöver man exempelvis inte ta fram nya verktyg till produktionen. Teknologin är dock inte för alla.

– Är ledtiderna redan korta och man inte har så mycket materialspill så är det inte lönsamt. Additiv tillverkning tar lång tid att bygga. Det är låga bygghastigheter – i dagsläget kan man räkna med ett halvt- till ett kilo i timmen. Så att bygga något större tar lång tid, säger Andreas Segerstark.

De parametrar som har störst inverkan på materialet är lasereffekten, framföringshastigheten, pulvermatningshastigheten och pulverfokusförskjutningen. De påverkar markant materialets fasformation, fasomvandling, kornstruktur och sprickbildning.

Nu återstår mycket arbete med att tillämpa forskningsresultaten i produktionen, något som Andreas Segerstark kommer syssla med som processingenjör hos GKN Aerospace.