Additiv tillverkning av metallkomponenter förstärkta med grafen – Addit-G

Resultat 

De attraktiva egenskaperna hos grafen och integrationsmöjligheterna med metaller är av stort intresse för industrin vid tillverkning av komponenter med förbättrade egenskaper. Projektet har demonstrerat att grafen-metall-kompositer tillverkade från pulverråvara uppnår intressanta och förbättrade materialegenskaper jämfört med rena metalliska material.

Materialen i undersökningarna var funktionaliserat grafen integrerat till Cu- och AlSi10Mg matrix. I tillverkningen har den additiva tillverkningstekniken Fused Deposition Modeling (FDM) och efterföljande processteg ingått. Arbetet i projektet syftade till att förbättra de termiska och mekaniska egenskaperna av materialen. Det utvecklade grafen-Cu hybridmaterialet uppnådde över 50% förbättringar i hårdhet, hållfasthet och duktilitet samt de termiska egenskaperna förbättrades med över 15 % med hjälp av grafen som tillsats i materialet. Olika mängder grafen testades. På grund av stora förseningar av råmaterialleveranserna samt gällande arbetsrestriktioner under pandeminåren nådde utvecklingen av grafen-Al-kompositerna inte fullt ut. Den slutliga potentialen behöver utvärderas vid annat tillfälle. De utvecklade materialen har förbättrade materialegenskaper och är kommersiellt intressanta. Metoden öppnar även för många positiva attribut hos slutanvändarna såsom potential för lättare konstruktioner med förbättrade produktegenskaper. Dock måste de underliggande mekanismerna studeras djupare och processvägar för framtagningar av olika produktformer optimeras. Det är gynnsamt att involvera slutanvändarna i utvecklingsarbetet. 

Abstract in English

Additive manufacturing of metallic components reinforced with graphene – Addit-G

Results

The attractive properties of graphene and its integration possibilities in metals is of high interest for fabrication of high-end products with improved properties for a variety of industrial applications. This project has demonstrated that hybrid metal-graphene composites manufactured from powdered raw materials attain interesting and improved material properties when compared to pure metallic materials.

The materials of the investigations were functionalized graphene integrated into Cu and AlSi10Mg matrix. The manufacturing was made through the additive process Fused Deposition Modeling (FDM) and the following post processing. The developed Cu-graphene hybrid material displayed improved hardness, mechanical strength and ductility with values exceeding 50 % of the ones of a pure metallic variant. Thermal properties of the hybrid material were improved by 15 % with the aid graphene additions. Different concentrations of graphene were included in evaluations. The development work of Al-graphene hybrid materials could not be completed due to the several delays with material deliveries and other obstacles caused by the pandemic.

The potential of the concept still needs to be evaluated in further activities. As the applied concept resulted in interesting improvements in various material properties, the concept can open new positive attributes for the use of the materials such as potential to decrease weight of components or to improve its performance in the final application. However, the fundamental mechanisms how graphene improves the various material properties need to be studied further for the understanding of the full potential of the material concept and the manufacturing possibilities. It is beneficial to include the end-users in the development work in order to guide the direction of the needed improvements.

Utlysning:
Samverkansprojekt för kommersiella tillämpningar med grafen, våren 2019

Projektpartners: Swerim, Graphmatech, Quintus Technologies, Sandvik Additive Manufacturing och Uppsala universitet

Projektledare: Irma Heikkilä, Swerim

Projektform: Forsknings- och innovationsprojekt

Bidrag: 1 110 770 kr

Projektets löptid: juni 2019 - december 2020

Relaterade styrkeområden: