Kestäviä ratkaisuja additiivisella valmistuksella

Saabin hanke, jossa Large Scale Additive Manufacturing valittiin muotin tulostamiseen osana Clean Sky 2 -hanketta.

Ai Buildin ja Airtechin kanssa tehdyn yhteistyön ansiosta Saab sai vuonna 2022 valmiiksi hankkeen, johon kuului laajamittainen additiivinen valmistus muotin luomiseksi osana Clean Sky 2 -aloitetta. Hankekeskustelut aloitettiin kesällä 2021, ja ne edellyttivät alustavia tutkimuksia, jotta asiat saatiin liikkeelle.

Hankkeessa oli useita ainutlaatuisia haasteita, joista yksi oli se, että mallissa ei ollut tavanomaista polymeeritulostuskokoa, mikä tarkoittaa sitä, että osaa ei voitu tulostaa millään keski- tai teollisen mittakaavan koneella. Näin ollen suuren alueen/mittakaavan additiivinen valmistus (LAAM/LSAM) oli ainoa toteuttamiskelpoinen vaihtoehto tämän osan valmistamiseksi. Viime vuosina LSAM-menetelmää on hyödynnetty erilaisten toiminnallisten osien valmistuksessa uusien materiaalien, ohjelmistojen ja tulostusprosessien käytön kehittymisen ansiosta. Olemme nähneet useita esimerkkejä additiivisesti valmistetuista suurista osista, joita voidaan käyttää veneiden runkoina, purjeveneiden osina, toiminnallisina työkaluina, metallien prototyyppeinä ja lopulta muotteina.

Toinen tärkeä vaatimus, joka oli otettava huomioon tässä hankkeessa, oli muotin tulostusmateriaali. Tämä työkalusovellus edellytti korkean lämpötilan kestävyyttä ilman vuotoja. Vaikka fuusioiduilla filamenteilla (FFF, fused filament fabrication) ja fuusioidulla laskeumamallinnuksella (FDM, fused deposition modeling) voidaan valmistaa lukuisia suorituskykyisiä materiaaleja, LSAM-yhteensopivia materiaaleja on saatavilla vain muutamilta toimittajilta. Lopulta komponentti, joka on kuvan mukainen lastiluukun muotti, tulostettiin Airtechin Luxemburgissa sijaitsevassa Airtechin laitoksessa Ai Buildin parametrien optimointiprosessin avulla käyttäen huipputehokasta polymeerikomposiittia, Dahltram I-350CF [1] (modifioitua polyeetterimidiä, jossa on hiilikuitua). Additiivisesti valmistettu muotti, jonka mitat ovat yli 2 metriä, valmistettiin Autonomous Large Scale 3D-tulostustekniikalla ja jälkikäsiteltiin, jotta saatiin pinnankarheus_{Ra =} 0,8 µm.

Kehittyvien teknologioiden ja materiaalien mukauttamisen ohella polymeerien additiivinen valmistus LSAM:n avulla tarjoaa lukuisia etuja, kuten pienemmän painon ja pienemmät kustannukset verrattuna metallityökaluihin. AM-prosessien tarjoaman suunnittelun vapauden yhdistelmä sekä kestävien ja uudelleenkäytettävien korkean suorituskyvyn materiaalien hyödyntäminen lupaavat tulevaisuuden sovelluksia. Jakob Ring, Clean Sky 2:n projektipäällikkö ja Saab Aerospace Systemsin tutkimus- ja kehitysjohtaja, sanoi: "Odotamme innolla, että pääsemme tutkimaan additiivisen valmistuksen etuja. Sekä työkalusovelluksissa, kuten tässä erityistapauksessa, että osien valmistuksessa. Kun se suunnitellaan asianmukaisesti, toivomme, että voimme merkittävästi lyhentää läpimenoaikaa ja valmistuskustannuksia alhaisen nopeuden tai monimutkaisten sovellusten osalta. Seuraava askel tämän työkalun avulla on valmistaa komposiittinen lastiluukku, joka on tarkoitettu Clean Sky 2 -monitoimirunkodemonstraattoriin (MFFD)." Tämän lisäksi kyky tulostaa näin suuria osia tilauksesta tarjoaa kestävän ratkaisun ympäristöystävällisiä vaihtoehtoja etsivälle teollisuudelle.

Huomaa, että tämä hanke on saanut rahoitusta Clean Sky 2[2] -yhteisyritykseltä Euroopan unionin Horisontti 2020 -tutkimus- ja innovaatio-ohjelmaan kuuluvalta Clean Sky 2[2] -yhteisyritykseltä avustussopimuksella nro 945583 GAM-2020-LPA.

Yhteystiedot: Merve Canalp, tutkimuspäällikkö, merve.canalp@amexci.com.

[1] https://airtech3d.com/dahltram-tooling-resins.

[2] https://www.clean-aviation.eu/clean-sky-2/programme-overview-and-structure.