Ny kunskap kan bidra till effektivare tillverkning av rymdraketer med vätgasdrift
Att bygga komponenter till vätgasdrivna rymdraketer med pulverbäddsbaserad additiv tillverkning (AM) kan spara mycket material, tid och pengar. I forskningsprojektet H2RAM* som startar i slutet av året, ska Högskolan Västs forskare och GKN Aerospace utveckla AM-tekniken så att legeringen 718 klarar extrema belastningar i tuffa vätgasmiljöer.
Vätgas är ett vanligt bränsle i rymdraketer. Det är också väl känt att metaller som utsätts för väte riskerar att bli spröda, något som måste hanteras när man konstruerar och dimensionerar raketmotorer. Den nickelbaserade superlegeringen 718 används ofta vid konventionell tillverkning av komponenter till raketmotorer. Legeringens känslighet för väteförsprödning har med stor framgång hanterats vid dimensionering av befintliga raketmotorer drivna med vätgas.
– Men under de senaste åren har tillverkningsindustrins intresse för additiv tillverkning av metaller ökat dramatiskt. Tekniken som innebär att metaller smälts i lager-på-lager till en färdig komponent har genomgått stora förbättringar, säger Robert Pederson, professor i materialteknik, Högskolan Väst.
– AM-tekniken innebär att man kan tillverka komponenter med mindre materialåtgång, till lägre kostnad och med högre funktionalitet än med konventionella tillverkningsmetoder.
Konkurrenskraftigt alternativ
Eftersom raketmotorkomponenter normalt tillverkas i relativt små serier och ofta har komplexa geometrier, är pulverbäddsbaserad AM ett konkurrenskraftigt alternativ till dagens traditionella tillverkningstekniker. Tillverkaren kan reducera utvecklingstiden, göra snabba designändringar och minska antalet ingående komponenter genom att kombinera flera funktionaliteter i en komponent.
– I det nya projektet ska vi utveckla mer kunskap om fenomenet väteförsprödning för att kunna använda legeringen 718 i pulverbäddsbaserad AM för komponenter som utsätts för vätgas. Det gäller speciellt för vätgasmiljöer i de höga tryck som raketmotorkomponenter kan exponeras för.
– Om vi lyckas kan komponenter till rymdraketer med vätgasdrift tillverkas mycket effektivare.
Samverkan med GKN Aerospace
Rymdstyrelsen finansierar det 4-åriga forskningsprojektet H2RAM där Högskolan Väst samverkar med rymdkomponenttillverkaren GKN Aerospace.
Högskolan Väst har under flera år byggt upp expertkompetens inom metallurgi kopplad till legeringen 718 för pulverbäddsbaserad AM. Här finns också kompetens om hur väte påverkar mekaniska egenskaper hos konventionellt tillverkade komponenter i metall.
– Resultaten från det här projektet kommer att stärka GKN:s möjligheter att tillverka komponenter till raketmotorer med pulverbäddsbaserad AM. Eftersom vätgas även är en stark kandidat till att komplettera och ersätta dagens fossila bränslen inom flyg- och transportsektorn, finns en förväntan om att H2RAM även kan bidra till att öka svensk kompetens inom ett viktigt hållbarhetsområde.
*H2RAM är akronym för H2-försprödning hos Raketmotorkomponenter tillverkade med AM pulverbädd.
Källa: Högskolan Väst
– Men under de senaste åren har tillverkningsindustrins intresse för additiv tillverkning av metaller ökat dramatiskt. Tekniken som innebär att metaller smälts i lager-på-lager till en färdig komponent har genomgått stora förbättringar, säger Robert Pederson, professor i materialteknik, Högskolan Väst.
– AM-tekniken innebär att man kan tillverka komponenter med mindre materialåtgång, till lägre kostnad och med högre funktionalitet än med konventionella tillverkningsmetoder.
Konkurrenskraftigt alternativ
Eftersom raketmotorkomponenter normalt tillverkas i relativt små serier och ofta har komplexa geometrier, är pulverbäddsbaserad AM ett konkurrenskraftigt alternativ till dagens traditionella tillverkningstekniker. Tillverkaren kan reducera utvecklingstiden, göra snabba designändringar och minska antalet ingående komponenter genom att kombinera flera funktionaliteter i en komponent.
– I det nya projektet ska vi utveckla mer kunskap om fenomenet väteförsprödning för att kunna använda legeringen 718 i pulverbäddsbaserad AM för komponenter som utsätts för vätgas. Det gäller speciellt för vätgasmiljöer i de höga tryck som raketmotorkomponenter kan exponeras för.
– Om vi lyckas kan komponenter till rymdraketer med vätgasdrift tillverkas mycket effektivare.
Samverkan med GKN Aerospace
Rymdstyrelsen finansierar det 4-åriga forskningsprojektet H2RAM där Högskolan Väst samverkar med rymdkomponenttillverkaren GKN Aerospace.
Högskolan Väst har under flera år byggt upp expertkompetens inom metallurgi kopplad till legeringen 718 för pulverbäddsbaserad AM. Här finns också kompetens om hur väte påverkar mekaniska egenskaper hos konventionellt tillverkade komponenter i metall.
– Resultaten från det här projektet kommer att stärka GKN:s möjligheter att tillverka komponenter till raketmotorer med pulverbäddsbaserad AM. Eftersom vätgas även är en stark kandidat till att komplettera och ersätta dagens fossila bränslen inom flyg- och transportsektorn, finns en förväntan om att H2RAM även kan bidra till att öka svensk kompetens inom ett viktigt hållbarhetsområde.
*H2RAM är akronym för H2-försprödning hos Raketmotorkomponenter tillverkade med AM pulverbädd.
Källa: Högskolan Väst