Alumiinijauhe ja sen tulevaisuuden mahdollisuudet additiivisessa valmistuksessa

Manja Franke, AMEXCI:n tutkimuspäällikkö

AlSi10Mg on yksi yleisimmin käytetyistä seoksista additiivisen valmistuksen (AM) markkinoilla. Korkean korroosionkestävyytensä ja keveytensä ansiosta se valitaan usein useisiin sovelluksiin. Asiakkaamme haluavat yhä useammin korvata magnesiumin niin sanotulla "lujatekoisella alumiinilla". Magnesiumilla on erinomaiset ominaisuudet, mutta se on edelleen haaste AM-maailmassa tulostettavuuden suhteen. Vaikka alumiini ei pysty kilpailemaan keskimäärin 40 prosentin painonpudotuksen kanssa kuten magnesium, se tarjoaa silti monia etuja. Siksi se on houkutteleva, mikä johtaa useampiin toimittajiin ja yleisesti ottaen korkeampaan tutkimustasoon. Sitä voidaan pitää vaihtoehtona kevyille sovelluksille erityisesti ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, jossa käytetään AM:ää.

Näemme alumiinin yleisesti ottaen yhtenä kysytyimmistä materiaaleista, joten päätimme myös omistaa uuden SLM 500 -järjestelmämme vain tälle metalliseokselle. Kun yhä useammin vaaditaan kestävämpää teollisuutta, alhaisempaa energiankulutusta ja vähemmän materiaalihävikkiä, tällaisten materiaalien ja niihin liittyvien prosessien käyttö ja jatkokehitys on avainasemassa. Osakkeenomistajaryhmässämme kevyiden materiaalien tarve on ratkaisevan tärkeää, jotta he pysyvät kilpailukykyisinä omalla toimialallaan.

Standardi AlSi10Mg on monissa sovelluksissa valittu materiaali, joka tuottaa hyviä tuloksia ja laatua. Monissa lopputuotteissa vaaditaan kuitenkin korkeampaa korroosionkestävyyttä ja erityisesti korkeampia mekaanisia ominaisuuksia, kuten murtovetolujuutta (UTS), myötövetolujuutta (YTS) ja murtovenymää. Tällöin markkinoille tulevat lujat alumiinit. Parhaillaan kehitetään yhä enemmän uusia seoksia, jotka vastaavat näitä teollisuuden asettamia vaatimuksia. Suuret toimittajat, kuten EOS, työskentelevät itse materiaalin parissa, mutta myös yritykset, kuten Fehrmann alloys ja Constellium, jotka eivät ole toistaiseksi olleet tekemisissä AM-teollisuuden kanssa, ovat jo julkaisseet tai julkaisevat parhaillaan materiaaleja markkinoille.

Miksi tarvitsemme korkealujuuksista alumiinia, jos tavallinen AlSi10Mg toimii myös monissa sovelluksissa? 

Näiden materiaalien tavanomainen luokitus on yli 300 MPa:n myötölujuus ja yli 10 %:n venymä. Joillakin materiaaleilla voidaan saavuttaa jopa yli 500 MPa:n YTS ja yli 20 %:n venymä. Nämä ominaisuudet mahdollistavat entistä ohuemmat ja kevyemmät mallit, mikä johtaa pienempään materiaalin käyttöön ja lyhyempään valotusaikaan tulostuksen aikana. Lisäksi materiaalien korroosionkestävyys on huomattava ja korkea, ja väsymis- ja virumisominaisuudet ovat sellaisella tasolla, että ne kestävät suuria kuormitusvaatimuksia. Erityisesti ilmailu- ja avaruusteollisuuden kaltaiset teollisuudenalat voivat hyötyä lisääntyneistä mekaanisista ominaisuuksista, jotka pienentävät painoa ja lisäävät polttoainetehokkuutta.

Yksi suurimmista haasteista on saada nämä alumiiniseokset soveltumaan additiiviseen valmistukseen. Materiaalien monimutkaisen mikrorakenteen vuoksi on kehitettävä jauhe, joka toimii laserteknologian kanssa. Siksi nykyisin saatavilla olevat materiaalit ovat verrattavissa jo olemassa oleviin, esimerkiksi valusta tunnettuihin seoksiin, mutta niiden kemiallinen koostumus on silti hieman erilainen.

Tavoitteenamme on tarjota asiakkaillemme ratkaisuja, jotka vastaavat heidän tarpeitaan ja vaatimuksiaan, mutta myös tukea heidän matkaansa kohti kestävämpää kehitystä näiden sovellusten avulla. EU:n uusien säädösten mukaan hiilidioksidipäästöjä on vähennettävä 15 prosenttia vuoteen 2025 mennessä ja 31 prosenttia vuoteen 2030 mennessä. Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi on tärkeää lisätä kevyiden materiaalien käyttöä jätteiden vähentämiseksi ja tehokkuuden lisäämiseksi.

AMEXCI tarjoaa asiakkaillemme mahdollisuuden kokeilla uusia seoksia ACONITY MIDI -koneellamme. Tämä kone tarjoaa valtavan joustavuuden, ja se on tarkoitettu tutkimus- ja kehitystyöhön. Sen avulla voimme helposti laatia koesuunnitelmia suhteellisen pienille jauhemäärille sisäisen materiaalilaboratoriomme kautta, joka analysoi näytteiden mikrorakenteen, saavutetun tiheyden, vetolujuuden tai kovuuden. Näin voimme jatkuvasti parantaa kappaleen laatua, kunnes asiakkaidemme asettama tavoite on saavutettu.

Uskomme, että tulevaisuudessa näemme yhä enemmän kysyntää tällaisille kapeille materiaaleille, jotka korvaavat perinteisen valmistuksen AM-prosesseilla, ja pystymme edelleen varmistamaan jatkuvan kappaleiden laadun ja pitkän käyttöiän, mutta samalla saamme edut ja vapauden käyttää additiivista valmistusta monimutkaisissa rakenteissa ja komponenteissa.

[hyödyllinen]