Hur fungerar additiv tillverkning?

Det additiva i tillverkningsmetodens namn syftar på att produkten tas fram genom att lager efter lager adderas till varandra. Konventionell tillverkning med bearbetning är subtraktiv, i och med att man då avlägsnar material från ett block och därigenom tar fram den komponent eller den geometri man vill ha.

Utöver själva framtagandet av produkter och komponenter kan additiv tillverkning användas för att ytbelägga, lägga till detaljer på, eller reparera en befintlig produkt. Laserstrålen hettar upp tillsatsmaterialet – tråd eller pulver/pulverbädd – och kan då framställa en produkt med dubbla materialegenskaper; ett mjukt och/eller segt basmaterial med en hård och slitstark påsvetsning på ytan, till exempel.

Vi på Permanova har valt att fokusera på additiv tillverkning med hjälp av tråd. Under tillverkningsprocessen tillsätts kontinuerligt tråd, som smälts av laserstrålen. Oavsett om man bygger en ny struktur eller reparerar, alternativt ytbelägger, en befintlig komponent så används en robot för att positionera optik och tillsatsmaterial, och styra geometrin. Tillsatsmaterialet smälts lager för lager och bygger på så sätt upp den nya strukturen. Det är en snabb och effektiv laserprocess som kan bygga flera kilo i timmen. Just påsvetsning med laser och tråd har den högsta deponeringshastigheten av alla AM-metoder.

En stor fördel med laser och tråd är att ytan blir fin och kan behållas på den färdiga produkten. Pulverbädd ger en jämförelsevis mer grovkornig yta. Idag byggs lager tjockare än en millimeter med tråd. För pulver gäller lager från under en millimeter ner till tiondelar av en millimeter.

Vid framställning med pulverbädd tar man fram en 3D-modell i datorn av det som ska tillverkas. Modellen delas upp i mycket tunna segment och bereds som ett produktionsprogram. Laserstrålen smälter pulverlagren, ett efter ett, och bygger på så vis upp komponenten tills den är färdig.

Vilka är fördelarna med additiv tillverkning?

Genom additiv tillverkning kan man snabbt ta fram komponenter som är lätta att specialanpassa, både vad gäller utformning och material. Det ger stora möjligheter inom tillverkningsindustrin i allmänhet, och bil-, rymd- och flygindustrin i synnerhet. Stora, kostsamma och mer svåranpassade gjutgodsenheter kan ersättas när lättare och specialanpassade produkter kan produceras snabbt och effektivt. Det medför i sin tur stora vinster för såväl tillverkare som kunder, och miljön i stort; vi återkommer till det lite längre ner i artikeln.

En annan stor fördel är möjligheten att skapa nya exemplar av verktyg, komponenter och anordningar som inte längre tillverkas. En pump som går sönder, och som inte tillverkats på decennier, kan scannas in och relativt snabbt “skrivas ut” i ny upplaga.

Additiv tillverkning innebär även en mycket låg materialåtgång, i och med framställningen med pulver eller tråd (med ytterst lite spill). Därmed behövs inga stora block av tillverkningsmaterial som först måste tillverkas, fraktas och förvaras, samt sedan i hög grad bearbetas bort. Detta eftersom det ofta bara är en mycket begränsad del av det ursprungliga tillverkningsmaterialet som faktiskt används.

Lätta specialkomponenter gör särskilt stor skillnad inom flygindustrin

Flygindustrin var tidig med att börja använda sig av additiv tillverkning, främst på grund av behovet av små serier av lätta specialkomponenter. Här väger varje gram tungt, skulle man kunna säga. Samtidigt är det avgörande att kvaliteten och hållfastheten bibehålls.

För några år sedan fick vi på Permanova i uppdrag av GKN Aerospace Sweden att hjälpa till med att ta fram laserutrustning för tillverkning av just den här sortens komponenter. Företaget ligger i Trollhättan, där de utvecklar och tillverkar avancerade komponenter i specialmaterial till ledande aktörer inom flyg- och rymdindustrin.

Genom lättviktsteknik bidrog Permanova till att GKN Aerospace Sweden kunde komma bort från de tunga och kostnadskrävande enstycksgjutgods de traditionellt använt sig av. Dessa kunde ersättas av geometriskt och materialmässigt bättre optimerade komponenter, med de egenskaper GKN efterfrågade. Lätta specialkomponenter innebär lättare plan, som kräver mindre bränsle och släpper ut mindre koldioxid och andra miljöpåverkande ämnen. Bra för tillverkarna, kunderna, och världen i stort, med andra ord.

Additiv tillverkning med laser är en mogen teknik, som är lätt att automatisera, med låga kostnader och hög tillgänglighet. På vår hemsida kan du läsa mer om hur vi hjälpte GKN Aerospace Sweden. Under Inspiration hittar du även fler kundcase, vår laserskola, samt många fler artiklar om fördelarna med olika typer av laserteknik.