Sneha Goels forskning visar att det är möjligt att additivt tillverka komponenter i superlegeringen 718 som uppfyller flyg- och energiindustrins hårda kvalitetskrav. Med rätt efterbehandlingsprocess kan komponenter med komplex design tillverkas på ett snabbare och mer kostnadseffektivt sätt än vad som tidigare varit möjligt.

Sneha Goels studie kan komma att ha stor betydelse för flyg- och energiindustrin

Additiv tillverkning har under det senaste årtiondet utvecklats till att bli en omvälvande teknologi som spelar en viktig roll i den fjärde industriella revolutionen. Tack vare den designflexibilitet teknologin möjliggör har intresset för additiv tillverkning vuxit sig stort. Ett problem med metoden är att det kan uppstå små defekter i form av porer i komponenterna efter tillverkning, vilket lämnar dem obrukbara. Snehas forskning visar nu att det genom en mycket effektiviserad efterbehandlingsprocess går att tillverka fullt tillförlitliga komponenter med stor designflexibilitet.

Möjligheterna till tillverkning av komponenter i hårda material, så som superlegeringar, har traditionellt sett varit begränsade. Processen har varit kostsam och krävt dyra maskiner med kort livscykel. Därför har industrins uppmärksamhet riktats mot den additiva tillverkningsprocessen elektronstrålesmältning (EBM) som möjliggör direkttillverkning av komplexa komponenter i den nickel-järn-baserade superlegeringen 718.

– Legering 718 är ett väldigt starkt material som kan motstå höga temperaturer, kemiska attacker och hårda sammanstötningar, berättar Sneha Goel. Därför kan det med fördel användas i till exempel, flygmotorer där temperaturerna kan stiga uppåt 600 grader Celsius.

Efterfrågan på additivt tillverkade komponenter i legering 718 är särskilt hög inom flyg- och energiindustrin där designflexibilitet och snabb tillverkning är av vikt. De EBM-tillverkade komponenterna innehåller emellertid ofta små porer som gör dem opålitliga, men dessa kan minimeras genom efterbehandling. Det är här fokus för Snehas forskning ligger.

– Komponenter tillverkade genom EBM är också lättare, eftersom mindre material krävs för tillverkningen i jämförelse med traditionella metoder. I förlängningen kan det bidra till en minskad bränsleförbrukning inom flygindustrin.

För att flyg- och energiindustrin, som har extremt höga kvalitetskrav, skall kunna använda komponenterna måste defekterna i form av små porer åtgärdas. Därför tillkommer ytterligare processteg innan komponenterna går att använda, så kallad efterbehandling.

– De små porer som uppstår under tillverkningen gör komponenterna otillförlitliga. Därför har jag undersökt hur efterbehandling, i form av värmebehandling, påverkar mikrostrukturen hos komponenterna under efterbehandlingens olika stadium.

I sin nya avhandling stärker Sneha den tidigare begränsade kunskapen kring optimal värmebehandling av EBM-tillverkade komponenter i legering 718.

En del av efterbehandlingsprocessen innefattar värmebehandling och het isostatisk pressning (HIP). HIP-metoden innebär att man lägger EBM-tillverkade komponenten i en kammare som upphettas för att göra komponenten mjukare och mer formbar, sedan appliceras ett högt gastryck som sammanpressar komponenten.

– Trycket i kammaren fungerar så att det pressar komponentens alla sidor samtidigt med samma tryck. Detta innebär att den behåller sin form men blir mer kompakt. Processen skall minimera de porer som uppstått under tillverkningen.

Genom att experimentera med gastryck, tid och temperatur är det möjligt att framgångsrikt använda efterbehandlingsprocessen för att öka tillförlitligheter av EBM-tillverkade komponenter.

Idag tar hela efterbehandlingsprocessen av EBM-tillverkade komponenter runt 20 – 25 timmar, vilken enlig Snehas studie är dubbelt så lång tid som vad som egentligen behövs.

– Min studie visar att det genom rätt efterbehandlingsprocess går att minska porerna på EBM-tillverkade komponenter och på så sätt göra dem mycket tillförlitliga. Jag har testat att behandla flertalet olika typer av komponenter varav alla fått ett jämnt och bra resultat. Jag har även funnit att det går att korta ner efterbehandlingstiden till runt 10 timmar, istället för 25.

Studiens resultat kan komma att ha stor betydelse för flyg- och energiindustrin, primärt i form av minskade kostnader och ledtider.

Filed under: SvenskTeknik