Förbättrade egenskaper hos additivt tillverkade metaller genom tillsats av grafen

Syfte och mål

Syftet med detta projekt är att kombinera de enastående fysiska och mekaniska egenskaperna hos grafen med den enastående flexibiliteten och designfriheten för additiv tillverkning (AM). Detta kommer att göras genom en genomförbarhetsstudie för tillverkning av högpresterande Metal Matrix Composites (MMC) förstärkt med grafen.

Projektet kommer att fokusera på AM-kategorin Powder Bed Fusion (PBF), speciellt Electron Beam- (PBF-E) och laserbaserad (PBF-L) metallteknik. Vidare kommer det att förstärka SS316L, en allmänt använd legering inom industrin. SS316L tillverkas redan i PBF-L-system och har en stor potential och intresse för båda teknologierna. Ett unikt tillvägagångssätt kommer att implementeras i vilket råmaterial SS316L-pulver optimeras med en funktionaliserande grafenkvalitet utvecklad för att belägga metallpulver.

Bearbetningsförmågan hos de belagda pulvren kommer att undersökas och förväntas skapa en betydande förbättring av SS316L-mekaniska egenskaper. I denna förstudie kommer en grundläggande mikrostrukturs-, hårdhets- och tribologikarakterisering att utföras för att utvärdera de tillverkade proverna.

Projektet syftar också till att identifiera de viktigaste utmaningarna vid bearbetning av grafenbelagda pulver både med PBF-E- och PBF-L-system, samt att undersöka möjliga transformationer av den ursprungliga grafenstrukturen och hur den integreras och interagerar med metallmatrisen i varje system under tillverkningen.

En state of the art- och patentlandskapsanalys kommer att genomföras, tillsammans med en workshop för att konsolidera ett starkt konsortium för framtida FoI-projekt, där denna strategi kommer att utvidgas till andra legeringar som utvidgar spektrumet av potentiella applikationer. Konsortiet som presenteras inkluderar företag och FoU-enheter med lång erfarenhet inom både additiv tillverkning av metall och grafenteknologi. Genom att kombinera additiv metalltillverkning med grafenteknik kan man tillverka högpresterande material och komponenter med ett brett spektrum av tillämpningars om inkluderar flyg-, ortopedisk tillverkning, verktyg, energi och andra relevanta industrisektorer.

Abstract in English

Improved properties of additively manufactured metals by adding graphene

The aim of this project is to combine the outstanding physical and mechanical properties of graphene with the unparalleled flexibility and freedom of design of Additive Manufacturing (AM). This will be done by conducting a feasibility study for the manufacturing of high performance Metal Matrix Composites (MMCs) reinforced with Graphene.

This project will focus on the AM category Powder Bed Fusion (PBF), specifically Electron Beam- (PBF-E) and Laser- based (PBF-L) metal technologies. Further, it will reinforce SS316L, a widely used alloy in industry. SS316L is manufactured already in PBF-L systems and has a high potential and interest for both of the technologies. A unique approach will be implemented in which feedstock SS316L powders will be optimized with a functionalize graphene grade developed for coating metal powder.

The processability of the coated powders will be investigated and it is expected to create a significant improvement in SS316L mechanical properties. In this pre-study, a basic microstructural, hardness and tribology characterization will be carried out to evaluate the manufactured samples.

The project also aims to identify the main challenges to overcome when processing graphene-coated powders both by PBF-E and PBF-L systems, as well as to investigate the possible transformations of the original graphene structure and how it interacts with- and incorporates into- the metallic matrix in each system during manufacturing.

A state of the art and patent landscape analysis will be carried out, together with a workshop to consolidate a strong consortium for future FoI projects, where this approach will be extended to other alloys widening the spectrum of potential applications. The consortium presented include companies and R&D units with long experience both in metal AM and in graphene technology. Combining metal AM with graphene technologies will allow for the manufacturing of high performance materials and components with a wide span of applications, including aerospace, orthopedic manufacturing, tooling, energy and other relevant industrial sectors.

Utlysning:
Samverkan kring kommersiella grafentillämpningar, våren 2020

Projektpartners: Amexci AB, Carpenter Powder Products AB, GE Additive-Arcam EBM, Graphmatech AB, Luleå tekniska universitet, Mittuniversitetet

Projektledare: Carlos Botero

Projektform: Genomförbarhetsstudie

Bidrag: 300 000 kr

Projektets löptid: 31 maj 2020 - 30 november 2020

Relaterade styrkeområden: