VBN Components AB. 3D-printade nötningståliga metaller ULRIK BESTE. CTO VBN Components AB PhD Materials Science and tribology Uppsala, Sweden

Transkript

1 VBN Components AB 3D-printade nötningståliga metaller ULRIK BESTE CTO VBN Components AB PhD Materials Science and tribology Uppsala, Sweden Vinnare av

2 Varför 3D-printning av Vibenite? Traditionell tillverkning Material Detalj Pulver HIP Värmning Smide Valsning Glödgning Skalsvarvning Varmvalsning Glödgning Dragning Riktning Slipning Kapning Svarvning Fräsning Värmebehandling Slipning + en massa mindre operationer + en massa ställtider + en massa mellanlager = Färdig komponent VBN Components tillverkning Pulver 3D-printning Värmebehandling Slipning = Färdig komponent

3 Vilka problem löser VBN hos kunden? Högre prestanda (bättre material, intelligenta geometrier) Ingen mjukbearbetning behövs (borrning, fräsning, svarvning ) Minimal lagerhållning Ingen hantering av spånor Minimal hantering av skärvätskor Lättare få jämn härdning Svåra geometrier Omöjliga kylkanaler Möjlighet till att designa en komponent utefter konstruktörsbehovet, inte efter hur råämnet ser ut eller om det går att fräsa fram det. Möjlighet att göra höghållfasta komponenter i enstaka exemplar (t.ex. utgångna reservdelar) Kraftigt minskad miljöbelastning Kortare ledtid

4 VBN Components erbjudande 3D-printade detaljer och komponenter i höghållfast, extremt slittåligt material. Kund skickar CAD-ritning och får komponent, antingen som A) förformad härdad komponent (Near Net Shape) B) helt färdig (slipad / gnistbearbetad) Speciellt lämpligt som ersättning av svårarbetade material i komplexa geometrier. VBNs friformning har varumärket Vibenite och de första egenutvecklade patenterade materialen är Vibenite 280 och Vibenite 150.

5 Förformade komponenter - exempel Tillverkning av detaljer i Near Net Shape, NNS. Max storlek 200 x 200 x 380 mm. Olika typer av komponenter kan tillverkas i samma körning. CAD-fil från kund Förformad komponent från VBN Components Komponent färdigslipad av kund 5

6 Ytstruktur på komponenterna 0,75 mm 3D-printningen och härdningen ger formfel som slipas bort.

7 Vibenite 280 Materialet Vibenite 280 har hög hållfasthet, hög hårdhet och mycket högt nötningsmotstånd. En fin mikrostruktur med stora mängder slittåliga och små karbider ger förhållandevis hög seghet vid en sådan hög slittålighet. Vibenite 280 har mycket hög varmhårdhet och formstabilitet. Materialet har lägre seghet än vanliga stål och är inte rostfritt. Mikrostruktur (härdat vid 1180 C) Fe C Cr Mo W Co V Balans 2,30 4,2 7,0 6,5 10,5 6,5 Standard: HS W. Nr Hårdhet / Härdkurva (63-69 HRC) Sammansättning

8 Hårdhet (HRC) Vibenite Härdtemperatur (C) C Cr Mo W V Fe rest Sammansättning Vibenite 150 är ett högpresterande slitstarkt Multi-Purpose-material. Materialet härdas till ca HRC En fin mikrostruktur med slittåliga och små karbider ger utmärkt kombination av nötningstålighet och hög seghet. Materialet är inte rostfritt.

9 Vibenite 350 Materialet Vibenite 350 är ett högt legerat, mycket nötningståligt och även väldigt rostfritt material. En fin mikrostruktur med slittåliga och små karbider i en mycket korrosionsstabil matris ger utmärkta egenskaper. Materialet är under utveckling med stöd från Energimyndigheten och kommer att ge kraftig material- och energibesparing. Applikationsområden: Ventiler, pumpar, turbiner, marinapplikationer etc.

10 Projekt: Snäckfräsar hos Volvo Life Cycle Cost-beräkningar på Vibenite 280-verktyg Olika scenarios har analyserats: Standard: Standard hob med skärvätska Vibenite 1: Vibenite 280 Optimum 70 -med 2,2 ggr längre livslängd Vibenite 2: Vibenite 280 Optimum 70 -med 2,0 ggr längre livslängd och halv cykeltid. * Bättre material i kombination med bättre beläggningsteknik (inga geometriska förbättringar har använts för att påverka slitageresultaten) * Stora möjligheter för Volvo med ökad produktivitet Primateria AB

11 Projekt: Snäckfräsar hos Volvo Kraftigt reducerad verktygskostnad per produkt 1,2 1 0,8 Standard Vibenite 1 Vibenite 2 0,6 0,4 0,2 0 Verifierat i skarpa körningar!

12 Exempel: Kraftig materialbesparing snäckfräsar Utbyte traditionell tillverkning Utbyte VBN Additiv Tillverkning Framtagning av stång ~70% - Tillverkning av fräsämne ~50% ~98% Totalt materialutbyte tillverkning ~35% ~98% Traditionell tillverkning Utbyte tillverkning 35% 98% Prestanda 100% 200% Vikt fräs 15.3 kg 11.2 kg Antal tillverkade kugghjul per fräs 7150 st st. Fräsmaterialåtgång per tillverkat kugghjul* VBN Additiv tillverkning 6,1 g 0,80 g * Första slipningen är mer omfattade för 3D-printade fräs-ämnet, men alla efterföljande är lika.

13 Snäckfräsar med låg vikt sparar ryggar och transporter Viktbesparing 40%: 11,2kg istället för 15,3kg Ca 15 omslipningar / fräs Varje omslipning behöver ca 18 lyft Sparad lyft vikt under fräs livslängd: 1107 kg -> Sparar ryggar och transporter!

14 Exempel: Metallgjutverktyg Adding 2 Pressgjutningsverktyg i Vibenite för aluminiumgjutning Ingöt Formverktyg Minimal ritning-till-verktyg-tid Lätt att prova och ändra på gjutverktyg Volvo Novacast Systems AB Richardssons Verktygsservice AB Tekniska Högskolan i Jönköping

15 Exempel: Metallgjutverktyg Adding 2 Pressgjutningsverktyg i Vibenite för aluminiumgjutning Kylkanaler, extrem slittålighet och högre varmhållfasthet

16 Exempel: Plasttillverkningsverktyg Utvecklingstrenderna (Bioplaster, högtekniska plaster, armerade plaster) kräver bättre verktyg som slits mindre och med värme- och kylkanaler för kortare skottider. Nu med svängda kylkanaler Nu i extremt nötningståligt material

17 När passar VBNs additiva tillverkning och material? Utvecklingsbehov stora IPmöjligheter Komplexa former Krav på färre processteg (låg risk). Krav på sänkt miljöpåverkan. Små eller mellanstora serier (1-1000) Höga materialkrav Ändringsbehov Passande komponent -storlek Max ca 200x200x380 mm Brist och höga priser på legeringsämnen