Supermetallen får form i 3d-skrivare

Laserstrålen smälter metallpulvret i ett mikrometertunt lager. Torkarbladet sveper över bädden, sedan påbörjas nästa lager. Processen i 3d-skrivaren går att följa i ett litet fönster.

- Laserstrålen smälter metallen vid 2 000 grader. Delar av en sekund senare har lagret svalnat till solid metall, säger Lena Thorsson, en av grundarna till svenska utvecklingsföretaget Exmet.

I filmen kan man se hur processen går till. Lagren är 20 mikrometer tunna:

När utvalda metallegeringar kyls och stelnar extremt snabbt blir det amorf metall, också kallat metalliskt glas eller BMG (bulk metallic glasses).

Metallen får flera nya, unika egenskaper jämfört med vanlig metall som beror på att materialet får en amorf, det vill säga oordnad, atomstruktur, precis som i glas. I vanliga fall har metall en ordnad, kristallin struktur.

Amorf metall togs första gången fram i ett laboratorium i USA i slutet på 50-talet, men det har varit svårt lösa problemet hur en produktion ska skalas upp – och hur kan metallen kylas tillräckligt snabbt när större föremål ska tillverkas?

På andra håll i världen finns exempel på tillverkning i tunna band, någon hundradels millimeter tjocka, eller i små formgjutna detaljer. Exmets metod går ut på att använda sig av additiv tillverkning, det vill säga 3d-skrivare. Det gör det möjligt att göra större och mer komplexa föremål.

Ny Teknik har tidigare skrivit om Exmets samarbete med Öhlins Racing, där en spiralfjäder till en stötdämpare kan komma ned till en vikt på 50 gram, jämfört med 600 gram i vanligt utförande.

Metallskrivaren gör lagren så tunna att nedkylningen sker tillräckligt snabbt av sig själv. Exmet har också egna sammansättningar av metallpulver som används i skrivaren.

- Det är kombinationen av legeringssammansättningen och processen som är unik, säger Lena Thorsson.

Amorfa metaller är tio gånger mer elastiska och kan få en hållfasthet som är dubbelt så hög som de höghållfasta stål som tillverkas i dag. Materialen kan även göras magnetiska och rostfria. Egenskaperna gör amorf metall intressant för till exempel medicinska implantat, för flygindustrin, i fordonsdetaljer och för magnetiska komponenter i elmotorer och andra elektromagnetiska konstruktioner.

- Elasticiteten kombinerad med hållfastheten gör att vi kan ta bort 90 procent av materialet. De magnetiska egenskaperna gör att man kan reducera förluster i en elmotor eller en transformator med 80 procent, och öka verkningsgraden, säger Mattias Unosson, vd och medgrundare.

I den här filmen visar Mattias Unosson skillnaden i förluster i materialet mellan vanligt stål och amorf metall:

Det provföremål som produceras i metallskrivaren när Ny Teknik hälsar på ska bli 5 centimeter högt, vilket tar 91 timmar. Eftersom processen är tidskrävande är den bäst lämpad för saker som på grund av avancerad design och materialegenskaper inte går att tillverka på något annat sätt.

- Det var en stor mobiltelefontillverkare som hörde av sig och ville ha en miljon mobilskal i månaden. Men vi konstaterade det skulle bli för dyrt att göra det med additiv tillverkning. 3d-printing med metaller passar i dag för mindre serier, säger Mattias Unosson.

Företaget startade 2009, men först i år har verksamheten tagit fart. En investering av tyska AM Ventures i våras har gjort att Exmet kunnat köpa in en 3d-skrivare för metall, från tillverkaren Eos, och skaffa sitt första egna laboratorium. Tidigare har företaget fått hyra in sig tillfälligt på olika ställen där det har funnits tillgång till en metallskrivare.

- Investeringen ger oss möjlighet att fortsätta utvecklas i ett antal år, säger han.

Nu har företaget en lokal hos metallforskningsinstitutet Swerea Kimab i Kista, vägg i vägg med Swereas eget laboratorium för additiv tillverkning med metallskrivare. "Ett litet AM-kluster" säger Mattias Unosson, och använder förkortningen för industrins begrepp additive manufacturing.

- Det har tagit ganska många år att bli intressanta för industrin. Vi har jobbat stenhårt för att få vår teknik att mogna, och nu kan vi börja få ut produkter på marknaden. Vi letar efter de första tillämpningarna, säger Mattias Unosson.