Additiv tillverkning förändrar materialen

Additiv tillverkning i kombination med nickelbaserade superlegeringar kan användas i produktionen av olika högtemperaturprodukter. Ny forskning vid LiU visar hur olika tillverkningsmetoder förändrar egenskaperna hos materialet och ökar kunskapen om nya tillverkningsmetoder.

Dunyong Deng, forskare i konstruktionsmaterial Dunyong Deng vid mikroskopet där han tillbringat många, många forskningstimmar. "Visst kan det vara ensamt, men forskningen är spännande. Och så brukar jag lyssna på musik också", säger han. Bild: Mikael Sönne

Känt material, ny användning

Så kallad additiv tillverkning (AM), även kallad 3D-printning, sparar material och innebär goda möjligheter att framställa komplicerade konstruktioner.
Tillverkningsmetoden används till exempel inom energi- och flygplansbranschen vid produktion av delar till turbiner och flygplansmotorer.

För metaller är de två vanligaste AM-teknikerna så kallad selektiv lasersmältning (SLM) respektive elektronstrålesmältning (EBM). I avhandlingen On the Microstructures and Anisotropic Mechanical Behaviours of Additively Manufactured IN718 undersöker Dunyong Deng hur dessa två metoder påverkar egenskaperna hos en viss nickelbaserad superlegering.

Materialet heter Iconel 718 (IN718) och har goda mekaniska egenskaper, god svetsbarhet och är dessutom mindre dyrt än andra legeringar. Den goda svetsbarheten gör det extra lämpligt just för additiv tillverkning.

- Du kan säga att det är ett gammalt material, men med en ny användning, additiv tillverkning. AM är något som kommer starkt och verkligen hör till framtiden, säger Dunyong Deng.

Jämför traditionella metoder

I avhandlingen granskar han dels mikrostrukturerna, dels de så kallade anisotropiska mekaniska egenskaperna hos IN718 med de två tillverkningsmetoderna SLM och EBM. Med anisotropisk menas att ett material har olika fysikaliska egenskaper i olika riktningar. Dessa AM-material har också jämförts med IN718 tillverkat på traditionellt sätt, till exempel gjutning.

Dunyong Deng, forskare i konstruktionsmaterialDunyong Deng visar en av många provbitar från försöken i labbet.

Testerna har utförts både i rumstemperatur och vid plus 550 grader, en vanlig driftstemperatur för många högtemperaturkomponenter.

- Materialet får helt andra egenskaper om det tillverkas med AM. Skillnaderna är stora, ja, faktiskt överraskande stora, jämfört med traditionella tillverkningsmetoder, säger Dunyong Deng.

Mikrostrukturellt är kornstrukturen hos EBM IN718 inhomogen och varierar från ytan och in mot centrum av materialet. I jämförelse är strukturen hos SLM IN718 mer homogen med mer likformiga korn och en tydlig cellstruktur. Materialet reagerar dessutom annorlunda på värme jämfört med IN718 som tillverkats på vanligt sätt.

Gällande de mekaniska egenskaperna visar båda materialen tydliga anisotropa egenskaper, även om orsakerna på mikronivå är olika. Tester av kryphållfastheten (hållfasthet mot formförändringar vid höga belastningar) vid höga temperaturer visar dock att EBM IN718 har betydligt större motståndskraft mot förändringar.

Olika egenskaper, olika användning

Men vilket material är bäst? Den frågan väljer Dunyong Deng att passa på.

- Det beror på applikationen, vad det ska användas till. Olika material passar för olika användningsområden. På ett sätt kan du säga att konventionell tillverkning är bäst, helt enkelt för att den är billigast. Jag är dock övertygad om att kostnaderna för AM kommer att sjunka.

Avhandlingen bidrar inte bara med ny kunskap om de olika materialen, den ökar också förståelsen för additiv tillverkning eller 3D-printning som produktionsteknik. Det är ett väl så viktigt resultat, tycker Dunyong Deng.

- Ja, och den förståelsen ökar möjligheten att använda helt andra material i AM i framtiden. I dag är tillverkningen både dyr och tidskrävande, men det kan ändras i framtiden.

Kontakt
Visa/dölj innehåll

Läs mer om forskningen vid LiU
Visa/dölj innehåll

Senaste nytt från LiU
Visa/dölj innehåll