Hållbart utnyttjande av metallpulver i pulverbäddsbaserad additiv tillverkning

Syfte och mål

Inom additiv tillverkning där pulver i torrt tillstånd appliceras skiktvis är behovet stort att kunna förutse hur ett specifikt pulver fungerar i olika pulverbäddsbaserade AM-processer. Detta för att säkerställa materialkvalitén hos producerade komponenter, minimera kassation och inte minst optimera pulveranvändningen. Hitintills har olika traditionella liksom modernare metoder för karakterisering av flytegenskaper hos torra pulver ämnade för AM praktiserats. Men det har varit svårt att identifiera någon metod som fullt ut kunnat verifiera funktionaliteten relaterat till skiktutbredningsegenskaperna. Det som ytterligare komplicerar uppgiften är att olika AM-maskiner använder olika tekniker för skiktutbredningen och därför ställer olika krav på pulveregenskaperna. För att komma ett steg närmare en lösning på detta har strategin i detta projekt varit att bygga en utrustning som så långt möjligt kan efterlikna det aktuella fallet av skiktutbredning med avsikt att också kunna verifiera kvalitén i de pulverskikt som produceras.

Resultat och förväntade effekter

Den utrustning som projektet genererade har basala funktioner som i stora drag efterliknar förekommande skiktutbredningskoncept i pulverbäddsbaserad AM-teknik med en höj- och sänkbar plattform för kontroll av skikthöjd, manuellt kontrollerad pulvermatning och automatiserad utbredningshastighet. Ett enklare mikroskop kopplat till en dator ger också möjlighet att översiktligt bedöma ett pulverskikts kvalité. Genom att separera av pulver från plattformen efter ett antal skiktapplikationer kan också ett mått på packdensiteten beräknas. När så koncept för hur skiktutbredningstester mer i detalj har utarbetats förväntas utrustningen genera kunskap om hur ett pulver kommer att fungera och ska hanteras som blir direkt överförbart till funktionen i en specifik AM-maskin. I kombination med annan pulverkarakterisering kommer detta också medföra ökad kunskap om vilka egenskaper hos pulver som är viktiga för god funktion i en specifik AM-process. Utrustningen kan sedan utvecklas avseende mer automatiserade funktioner liksom mer avancerad teknik för skanning/mikroskopi och bildbehandling för att ytterligare förbättra och underlätta såväl hantering som resultatutvärdering.

Upplägg och genomförande

I en iterativ samverkan med pulvertillverkare (Höganäs AB) och extern konstruktör med kunskap inom AM-området designades och byggdes en första version med avsikt att kunna vidareutvecklas för att fullt ut motsvara målsättningen att på ett relevant sätt karakterisera skiktutbredningsegenskaperna hos pulver för AM. Vägledande var här de befintliga tekniker som används vid skiktutbredning i kommersiella AM-maskiner för SLM med de fundamentala funktionerna att kunna kontrollera skikttjocklek och skiktutbredningshastighet. Strategin var också att uppnå en flexibilitet genom att exempelvis möjliggöra byten av blad för pulverspridning då olika maskintillverkare använder olika typer vilket också påverkar egenskapskraven för ett pulver. Maskinbygget slutfördes och de olika funktionerna testades initialt med gott resultat. Vidare arbeten avseende metodik, utvärdering och ev uppgradering kommer att ske inom andra pågående projekt inom AM-området där det är möjligt men också genom att utgöra en väsentlig del i framtida projektansökningar.