STRÅLANDE SCIENCE FICTION

Transkript

1 STRÅLANDE SCIENCE FICTION Vare sig det handlar om unika flygplansdelar, individanpassade implantat eller reservdelar av månsand med en CAD-ritning och Arcams avancerade 3D-maskiner kan science fiction bli verklighet. Semcon hjälpte till när ett viktigt kunduppdrag stod på spel. TEXT MATS TIBORN FOTO ARCAM & ANDERS DEROS 46 FUTURE BY SEMCON

2 FUTURE BY SEMCON

3 Semcon kom in och var en resurs direkt. Med drygt ett halvår kvar tills A2XX skulle vara klar kunde vi sätta Thilda i arbete direkt. Lars Löwgren, projektledare Arcam I KROKSLÄTTS FABRIKER, strax söder om Göteborg, med anor från 1800-talet, arbetar ett 40-tal personer på företaget Arcam med något som i det närmaste kan liknas science fiction. Arcam är en av världens ledande utvecklare och tillverkare av system för Additive Manufacturing (AM), verktygsfri tillverkning av solida komponenter i metall direkt från en digital ritning. Med andra ord: en riktigt avancerad 3D-skrivare för riktigt unika saker gjorda av riktigt dyrbara metaller. Materialet skapas genom att det byggs upp lager för lager med hjälp av Arcams patenterade Electron Beam Melting (EBM). En elektromagnetisk stråle rör sig inne i en vakuumkammare i en hastighet som är svår för ögat att uppfatta. Strålen träffar en yta täckt av ett tunt lager metallpulver, 45 till 100 mikrometer stora, till exempel titan, kobolt eller krom, och smälter det samman innan byggbordet sänks för att skapa nästa lager. Elektronstrålen styrs av en 3D-modell som skivats upp lager för lager, och formerna som kan skapas på det här sättet har tidigare varit mycket tidskrävande, svåra och ibland till och med helt omöjliga att skapa. Dessutom håller Arcams maskin en hög och jämn temperatur, vilket gör att materialet blir mycket hårt och hållbart och inte kräver någon härdning i efterhand (insidan ska utstå temperaturer som smälter titan, uppåt grader C) En kollega provade vid en testkörning att göra en detalj till sin bil, men ett litet hål hamnade fel. Han körde slut på tre betongborrar innan han lyckades komma igenom materialet på rätt plats. Slutprodukten är extremt tålig, berättar Thilda Ullström från Semcon, som arbetat med uppdrag hos Arcam sedan ett drygt år tillbaka. Under 2000-talet har Arcam tagit fram och levererat sina maskiner A1 och A2 till företag inom främst två områden; medicinska implantat och flygindustrin. För båda branscherna lockar möjligheten att ta fram unika, anpassade och lätta geometriska former. Och för flygindustrin har behovet av att hitta lösningar som minskar bränsleförbrukningen aldrig varit större. Om Arcam Arcam arbetar inom Additive Manufacturing och skapar maskiner som använder sig av en elektronstråle för att smälta samman metallpulver till föremål efter en 3D-modell. Lager för lager bygger maskinen ihop bland annat implantat och delar till flygplan med oerhörd precision och styrka. VÅREN 2011 FICK Arcam en förfrågan. Ett världsledande företag inom flygindustrin ville ha en maskin som kunde producera större föremål än tidigare. Kravet var enkelt men stenhårt: leverera innan nyår annars brinner pengarna inne. Om Arcam lyckades skulle det innebära fler och mycket större beställningar från flygtillverkaren. Tidsmarginalen var knapp. På drygt ett halvår skulle Arcam ta fram en ny maskin, A2XX. Och det räckte inte bara med att förstora upp den redan befintliga modellen. Vissa parametrar kan man inte bara skala upp. Byggbordet där strålen träffar pulvret till exempel. Skulle det ändras hade vi varit tvungna att designa om hela konstruktionen och det fanns det inte tid till, säger Lars Löwgren, konstruktör på Arcam. För att skapa en större maskin, men samtidigt behålla finkänsligheten från maskinerna A1 och A2, behövdes någon som med stora kunskaper inom plåt. Thilda Ullström, med lång erfarenhet av plåt och plåtskåpstillverkning på bland annat Ericsson, anlitades av Arcam. Hennes jobb blev att lösa de problem som förstoringen medförde för ram, stativ och designplåtarna. Jag tittade mycket på de tidigare modellerna och sedan twistade jag till dem. Det blev en blandning av gammalt och nytt. Bland annat har jag städat bort onödiga hål och bockningar från de gamla modellerna som inte var meningsfulla på den nya maskinen, säger Thilda Ullström. Runt om i lokalerna står de kylskåpslika maskinerna uppställda. Vid några står maskintekniker och kalibrerar och provkör dem. Det glöder och surrar när den enorma kraften i elektronstrålen låter titanpulvret svettas. DEN EXTREMA VÄRMEN titanpulvret utsätts för skapar metallångor vid upphettningen som fastnar i alla skrymslen och vrår och sliter mycket på insidan av maskinen. Därför konstruerade Thilda ett värmeskydd i plåt som placeras över byggbordet så att ångorna inte sprids. Semcon och Thilda kom in och var en resurs direkt. Hon kunde Pro Engineering och vårt PDM-system. Med drygt ett halvår kvar tills A2XX skulle vara klar sparade vi mycket värdefull tid på att inte behöva lära upp henne. I stället satte vi henne direkt i arbete, säger Lars Löwgren. 48 FUTURE BY SEMCON

4 Lars Löwgren Titel: Projektledare mekanikkonstrution Kund: Arcam AB Per Woxenius Titel: Utvecklingschef Kund: Arcam AB Thilda Ullström Titel: Mekanisk konstruktör Kontor: Semcon Göteborg FUTURE BY SEMCON

5 Extramaterial på ipad sök på semcon i app store Man kan testa och hitta helt andra sätt att optimera flygplan utan att behöva vänta arton månader till och lägga ut ytterligare 30 miljoner kronor Per Woxenius, utvecklingschef Arcam Flygplansdelar Flygplandindustrin vill ha lättare flygplan, men kolfiber och aluminium är svåra att kombinera då metallen korroderar. Titanlegeringar däremot har inga negativa effekter i kombination med kolfiber. Till flygplansmotorer utvecklar Arcam helt nya material som är viktreducerande men med bibehållna avancerade egenskaper, till exempel legeringen titanaluminid till turbinblad. Implantat Metallegeringar med titan och krom-kobolt är särskilt bra att använda i implantat eftersom de inte ger upphov till allergi och risk för bortstötning. Arcam levererar utrustning tll tillverkare som bland annat gör implantat för knän, höfter, skalle och ryggrad. Tillverkningsmetoden gör att medicinska implantat enkelt kan anpassas för varje patient. Thilda bidrog, enligt Lars, även med att snabbt få saker och ting gjorda. Det var mer verkstad än snack och det var viktigt för att hinna i hamn med projektet. Jag har också lärt mig mycket genom att arbeta med Arcam. Att arbeta med plåt i vakuum och extrem hetta var nytt för mig. Det är nya verktyg i min verktygslåda, säger Thilda Ullström. ARCAM LYCKADES LEVERERA en maskin till kunden före årsskiftet och leveransen kommer att medföra stora förändringar för företaget. Bland annat innebär detta att Thilda stannar kvar för att jobba vidare i nästa projekt, som än så länge är superhemligt. Per Woxenius, som är utvecklingschef på Arcam, hoppas att den nya A2XX-maskinen innebär mycket större beställningar än tidigare. Det är nu det börjar. Hittills har vi sålt kanske femton maskiner om året, men sedan årsskiftet 2011/2012 har vi börjat arbeta med flygindustrin och där kan det handla om mycket stora kontrakt. Det som lockat flygindustrin är möjligheten att bygga i unika geometrier som i slutändan minskar bränsleförbrukningen, vilket är en avgörande fråga för flygindustrin i dag. Många delar som i dag gjuts kommer attkunna få nya egenskaper och utseenden. Med Arcams maskiner kan mycket mer komplexa geometrier uppnås utan en mängd steg i tillverkningen. Vinklade kanaler och hål inuti produkten har hittills varit oerhört tids- och resurskrävande, om de överhuvudtaget varit möjliga att göra med traditionella metoder. Att ta fram ett gjutgods till en komplicerad flygdetalj kostar i bästa fall mellan fem och sju miljoner kronor och i värsta fall miljoner kronor. Dessutom är leveranstiden mellan 14 och 18 månader. Då har man inte råd att pröva sig fram. Med vår maskin kan man på en vecka skapa en iteration och då kan man testa och hitta helt andra sätt att optimera flygplan utan att behöva vänta arton månader till och lägga ut ytterligare 30 miljoner kronor, säger Per Woxenius. TESTER GÖR MAN ofta på Arcam. Det syns tydligt i deras lokaler. Överallt står prylar uppställda. I entrén möts man av en monter med bland annat en människoskalle där en stor del av hjässan är utbytt mot titan. I en monter längre in i lokalen står en störtbåge till en Formel 1-bil, vilket också är en bransch där Arcams maskiner används. På Per Woxenius kontor har han en mängd titanfigurer. En schackpjäs, en dam, grå och stenhård visar på hur fina detaljer elektronstrålen kan bygga upp. NÄR DET GÄLLER implantat har Arcams maskiner fördelen att det snabbt går att skapa en individanpassad ersättare till det mänskliga skelettet. Ett skallimplantat är inget man massproducerar. Det kan med maskinen återskapas så att det blir anpassat efter en individs hjässa, vilket annars tar tid och kräver stor precision. På många sätt för Arcams maskiner lätt tankarna till science fiction och en av Arcams kunder arbetar faktiskt på sätt och vis i den branschen. NASA köpte en maskin för att föra ut tekniken i rymden. Tanken är att den ska kunna placeras på en månbas och skapa reservdelar gjorda av månsand för att kunna dra ner på transporter från jorden. Går en hacka sönder är det bara att stoppa in ritningen i maskinen och ut kommer en ny och fin hacka. - Men det måste tydligen vara sand från månens nordpol. Det är bara den som går att smälta, säger Per Woxenius FUTURE BY SEMCON