"Additiv tillverkning kommer att förändra hur vi producerar och driva automation och digitalisering. Det kommer att förändra världen" säger Peter Emvin, chef för material- och tillverkningsteknisk forskning vid GKN Aerospace. Följ med till anläggningen i Trollhättan och hör Peter berätta om deras arbete med additiv tillverkning och hur standarder spelar roll för kvalitetssäkring och utveckling av nya metoder.

Flygande start med 3D

Investeringar inom 3D-skrivare eller additiv tillverkning sätter nu fart. Ett företag som redan använt tekniken i många är är GKN Aerospace med bas i Storbritannien. De tillverkar komponenter till flygplan och rymdraketer.

Additiv tillverkning, 3D-skrivar­tekniken, har utvecklats sedan 1980-talet, men först nu får många upp ögonen för den här produktionsmetoden, mycket tack vare att tekniken nått en allmän acceptans inom flygindustrin. Vågar man sätta 3D-utskrivna komponenter i flygplansmotorer är tekniken värd att satsa på, tycks många ha resonerat.

I över tio år har GKN Aerospace arbetat med att utveckla olika metoder av additiv tillverkning.

– Vi utvecklar idag huvudsakligen två metoder baserade på laser som energikälla. Lasern används för att skapa en ”smältpöl”. I den ena metoden används pulver som vi blåser på smältpölen, där pulvret klibbar fast och smälter. Med den andra metoden för vi in en metalltråd i smältpölen, som matas in vartefter den smälter. Pulvermetoden använder vi främst till mindre modifieringar och fina lagningar, medan trådmetoden används i huvudsak för att bygga grundmaterial. På så sätt slipper vi bearbeta bort en massa material, vilket gör att vi sparar på både material och skonar miljön, förklarar Peter Emvin, chef för material- och tillverkningsteknisk forskning vid GKN Aerospace Sweden i Trollhättan.

Sedan 2011 producerar företaget flygmotorkomponenter genom additiv tillverkning. Dessa komponenter sitter på motorer i civila flygplan, men additiv tillverkningsteknik kommer inom en snar framtid även att användas för de munstycken som ska tillverkas till den nya Ariane 6-raketen.

– Vi kan göra saker som vi inte hade gjort annars. Vi kan exempelvis bygga på något som kanske inte kan svetsas på, på grund av för stor värmepåverkan, säger Peter Emvin.

Förutom i Trollhättan har GKN Aerospace ett forskningscenter i Filton, Storbritannien som sysslar med pulverbäddteknik och ett center i S:t Louis, USA som arbetar med trådteknik för stora flygstrukturer. Totalt arbetar 40 personer inom de tre forskningscentren.

– Jag ser en exponentiell tillväxt för tekniken under ett antal år framöver. Inom vår forskning har vi fördubblat våra satsningar på två år. Vi hittar hela tiden nya produkter och affärer baserat på additiv tillverkningsteknik. Den ger oss förutom en mindre miljöpåverkan också stora möjligheter att konstruera annorlunda – lättare, billigare och mer optimerade konstruktioner, säger Peter Emvin.

Han är inte ensam om att se affärsmöjlig­heterna med additiv tillverkning. Enligt forskare på Lunds Tekniska Högskola, spenderades det lika mycket på avancerade 3D-skrivare under 2015 som under de senaste 50 åren. Inom den svenska forskningskoncernen Swerea händer det också mycket inom området additiv tillverkning. Annika Strondl är sektionschef för processutveckling och som leder Swereas satsning på 3D-teknik.

– Att man kan tillverka något som inte gått att tillverka tidigare är den absolut största fördelen med additiv tillverkning. Ju komplexare design, desto lämpligare är tekniken att använda, menar Annika Strondl.

Andra fördelar som också kan nämnas är att prototyper enkelt kan tas fram, produkter kan göras viktmässigt lättare, de kan skräddarsys i stor skala och antalet delar kan kraftigt reduceras. Det handlar även om att företag kan minska sina reservdelslager genom att istället skriva ut nya delar när de behövs.

Det kommersiella genombrottet beror på att det nu finns ett antal tekniker som är tillräckligt bra att använda som produktionsmetod. Enkelt förklarat innebär additiv tillverkning att man utifrån en CAD-ritning tillverkar en komponent genom att tillsätta olika material, exempelvis metall- eller plastpulver, lager för lager. Additiv tillverkning består egentligen av många olika metoder. Metoderna delas in i sju kategorier beroende på hur de går till. Med vissa smälter en laser- eller elektronstråle material i en pulverbädd, med en annan droppas bindemedel på en yta för att få delar att hänga ihop. En tredje metod går ut på att material förs in i en laserstråle där material läggs på där det behövs.

– På metallsidan är det pulverbädds­tekniken, powerbed fusion, som används mest. På plastsidan finns det många olika konkurrerande tekniker, men för hemmaskrivare är den vanligaste metoden att smälta en plasttråd i strängar, förklarar Annika Strondl.

– Det som saknas är exempelvis hur detaljer efterbearbetas. Det finns fortfarande också bara ett fåtal material att använda som har väl utvecklade processer. På materialsidan kommer det att hända en hel del de närmaste åren, säger hon.

Enligt Annika Strondl kommer digitaliseringen, det vill säga hur data hanteras genom hela processen från idé till tillverkad produkt, att påverka teknikutvecklingen.
– Vi behöver ha ett bättre flöde, det sker fortfarande mycket manuellt arbete. Vi har precis startat ett projekt för att titta på digitaliseringen av additiv tillverkning.

Med hjälp av fyra miljoner kronor från Näringsdepartementet ska projektet klargöra vad digitaliseringen av additiv tillverkning innebär. Internationellt satsas mycket stora summor på additiv tillverkningsteknik, främst i USA, Tyskland och Storbritannien, men även i länder i Asien.

– Bland annat forskas det på hur additiv tillverkning kan kombineras med skärande tillverkning. Det finns redan idag hybridmaskiner som kombinerar de två teknikerna, men de är väldigt dyra. Det lär komma fler varianter framöver. Det finns också önskemål om att tillverka snabbare och att producera större komponenter. Det ställer i sin tur högre krav på hur provningar görs vad gäller måttriktighet, yttoleranser, materialdata och så vidare och även att kontroll sker redan under tillverkningen, säger Annika Strondl.

Standarder kan förenkla för både tillverkare och kunder. I många fall krävs standarder för att en konstruktör ska få lov att använda additiv tillverkning i olika tillämpningar.
– Jag jobbar med pulver och bristen på standarder står som ett hinder för metoderna att slå igenom i vissa tillämpningar. Vi hjälper till genom att engagera oss i de tekniska standardkommittéerna. Redan tidigt i utvecklings­projekten har vi med aspekten kring behovet av standarder, säger Annika Strondl. 

Text: Lars Österlind
Foto: Tobias Ohls

Artikel från Magasinet S Vinter 2016/2017