Tahira Razas forskning öppnar helt nya möjligheter att tillverka flyg- och rymdmotorer mer klimatsmart. Hon är en av få i världen som studerat svetsbarheten i komponenter som producerats genom additiv tillverkning med pulverbädd. Det är en viktig pusselbit för att industrin ska kunna bygga lättare flygmotorer och rymdapplikationer snabbare och mer resurseffektivt.
Klimatsmarta material och produktionsprocesser står högt på flyg- och rymdindustrins agenda. Intresset är stort för laserbaserad additiv tillverkning med pulverbädd (L-PBF) eftersom den kan komplettera andra tillverkningsmetoder som gjutning och smide. Högskolan Väst driver sedan flera år internationellt ledande forskning inom den här tillverkningsmetoden.
Enkelt förklarat byggs komponenten upp genom att man smälter metallpulver med laser som energikälla. Fördelarna med L-PBF är att man kan tillverka produkter med mer komplexa geometrier, lättare konstruktioner och mer resurssnålt än med andra metoder. Det krävs mindre material och energi, det går snabbare och är mer skonsamt för miljön. Men för att tillverkningsmetoden ska vara godkänd av flyg- och rymdindustrin måste den leva upp till de extremt höga kvalitetskrav som ställs i branschen.
Först med forskning om svetsbarhet
Med sin färska avhandling stärker doktoranden Tahira Raza högskolans gedigna kunskapsbank när det gäller additiv tillverkning med L-PBF för legeringen 718. Hon har undersökt vilka processparametrar som fungerar bäst för den här tillverkningsmetoden och hon är först med att studera svetsbarheten i komponenter byggda i legeringen 718.
– Tillverkare vill kunna svetsa samman små delar som tillverkats med L-PBF för att bygga större, mer komplexa komponenter, exempelvis delar till flygmotorer. En avgörande faktor är hur materialet påverkas när man svetsar i det. Material reagerar på olika sätt och det gäller att eliminera defekter i slutprodukten, förklarar Tahira.
– I den mikrostruktur som bildas i legeringen 718 vid produktion med pulverbäddsmetoden finns det utskiljningar som kan påverka mekaniska egenskaper och svetsbarhet. Det är framförallt när dessa utskiljningar utsätts för återuppsmältning under svetsning som sprickbildning kan uppstå. Jag har undersökt om och i så fall hur man ska göra för att undvika dessa sprickor.
Avancerade tester på kanadensiskt universitet
Tahira har testat att utsätta metallen för olika typer av värmebehandling före och efter svetsningen. Testresultaten analyserade hon med hjälp av avancerad elektronmikroskopi på University of Manitoba i Kanada där hon arbetade under tre månader. Testerna visade bland annat att svetsbarheten försämrades i olika utsträckning efter de olika värmebehandlingarna. Materialet blev extra känsligt för sprickbildning när komponenten utsattes för varmisostatisk pressning (HIP) innan svetsning. Det visade sig också att svetsriktningen, i förhållande till komponentens byggriktning, påverkar sprickbildningen påtagligt.
– Det är svårt att helt undvika defekter i produkter gjorda genom additiv tillverkning med pulverbädd. Men med full kontroll över var och hur defekterna uppträder kan tillverkningsmetoden ändå vara mycket relevant för industrin.
Kolleger arbetar vidare i nya forskningsprojekt
– Mitt arbete är ett första steg i att öka kunskapen om svetsbarheten för de här specifika förutsättningarna. Det krävs mycket mer forskning för att tillverkningsmetoden ska bli användbar inom industrin. Nya projekt har tagit vid inom exempelvis forskningsprofilen PODFAM, där andra forskare arbetar vidare med värmebehandlingarnas effekter i relation till pulverbäddmaterialens svetsbarhet.
Tahira har genomfört sin forskning i nära samarbete med GKN Aerospace i Trollhättan. Företaget tillverkar och underhåller bland annat motorkomponenter till flyg- och rymdindustrin.
– Additiv tillverkning med pulverbädd öppnar möjligheter för GKN Aerospace att på egen hand tillverka mindre motordelar och reservdelar snabbt, kostnadseffektivt och med hög kvalitet.
Inspirerar andra studenter
Tahira fortsätter att forska, men nu handlar det om andra additiva tillverkningsmetoder och dessutom andra typer av material. Parallellt kommer hon att undervisa på Högskolan Västs uppdragsutbildningar. Något hon verkligen ser fram emot.
– Jag vill gärna inspirera och motivera studenter och yrkesverksamma i deras studier. Det betyder så mycket att ha bra coachning och peppning i sitt arbete. Det har jag själv haft stor nytta av under mina fem år som doktorand.
Tahira vet vad bra stöd kan betyda. Hon har själv gjort en fantastisk resa när hon som ensamstående mamma till fyra barn valde att studera Industriell ekonomi på Högskolan Väst och sedan satsa målmedvetet på en karriär som forskare.
– Det har inte varit någon spikrak och enkel karriärväg. Men det spelar ingen roll, huvudsaken är att inte ge upp.
Fördjupande läsning:
Läs Tahira Razas avhandling: ”Process Understanding and Weldability of Laser-Powder Bed Fusion Manufactured Alloy 718”
Källa: Högskolan Väst
