I nästan ett sekel har gasmetallbåge använts framgångsrikt i metallsmältningsprocesser. Under de senaste åren har tekniken etablerats inom 3D-printning som en löftesrik vidareutveckling av additiv tillverkning. Pradip Aryal visar i sin doktorsavhandling hur en avancerad fysikbaserad simuleringsmodell ger djupare förståelse för processen, vilket öppnar för nya tillämpningar.

– Idag används gasmetallbågsprocessen vid additiv tillverkning för produktion av stora metallkomponenter som propellrar, turbinblad och till och med hela brokonstruktioner, säger Pradip Aryal, ny doktor i produktionsteknik vid Högskolan Väst. Tekniken är högintressant för industrin eftersom den ger hög produktivitet vilket kan minska ledtider och kostnader.

– Trots detta kan tekniken vara komplicerad, vilket ofta resulterar i att olika materialfel uppkommer under produktionsprocessen. En simuleringsmodell kan både underlätta processförståelsen och mekanismen bakom defektbildning, samtidigt som den erbjuder effektiva lösningar för att hantera och minimera de problemen.

Fram till nyligen saknades avancerade prediktiva simuleringsmodeller, främst på grund av att de baserades på mycket förenklad fysik.

– I min forskning har jag utvecklat en mer omfattande simuleringsmodell och tagit betydande steg för att skapa en prediktiv modell.

Simuleringsmodeller är ett alltmer ovärderligt verktyg för tillverkningsindustrin. Genom att simulera produktionsprocessen i förväg är det möjligt att förutse potentiella defekter. Detta sparar inte bara tid och pengar utan minskar också materialspillet avsevärt.

– För att bedöma modellens tillförlitlighet genomförde jag parallellt en serie fysikaliska experiment. Resultaten visade att simuleringsmodellen med hög säkerhet kan förutspå hur processparametrarna påverkar kvaliteten på den färdiga komponenten.

Dessutom erbjuder simuleringsmodellen möjligheter att skräddarsy specifika materialegenskaper hos slutprodukten. Detta öppnar helt nya möjligheter för industrin att utnyttja gasmetallbågprocessen i ännu större utsträckning.

– Det finns spännande möjligheter att utöka modellens potential. Att exempelvis utveckla djupare förståelse för olika aspekter av processen som porositet och sprickdefekter, och genom att finjustera processparametrar, uppnå exakt kontroll av materialegenskaper. Det är något jag gärna vill utforska vidare i samarbete med ett företag.

Pradip Aryals doktorsavhandling heter ”Metal fusion using pulsed Gas Metal Arc: melt pool modeling and CFD simulation”.

Filed under: SvenskTeknik