Vad gör man när en kritisk reservdel till en äldre industrianläggning är extremt svår att få tag på? På SSAB i Borlänge blev svaret att testa en helt annan väg. Med en ritning från 1950-talet som utgångspunkt har en ny labyrinttätning tillverkats med additiv tillverkning. Nu återstår de sista stegen för att avgöra vad arbetssättet kan betyda för framtidens reservdelsförsörjning.

Labyrinttätningen är en oljetätning och reservdel till ett av valsverken vid SSAB:s produktionsenhet i Borlänge. Utrustningen har anor från 1950-talet – och att få fram reservdelar till maskiner som har varit i drift i flera decennier kan vara en utmaning.

– Stora gjutgods till maskiner som tillverkades för flera decennier sedan är kritiska oavsett bransch. Det innebär extremt långa ledtider och höga tillverkningskostnader, om det ens är möjligt att tillverka den önskade reservdelen, säger Robert Larsson på SSAB.

Just därför valdes labyrinttätningen som ett konkret case inom On Demand 2033: går det att utgå från den gamla komponentinformationen och i stället bygga upp en ny reservdel med additiv tillverkning?

Från gammal ritning till digital modell

Någon färdig CAD-modell av komponenten fanns inte. RISE utgick därför från SSAB:s tekniska ritning och skapade en ny digital modell. Därefter behövde både konstruktionen och själva tillverkningsstrategin anpassas för additiv tillverkning.

Metoden som användes var Directed Energy Deposition, DED, där metallpulver tillförs och smälts med laser lager för lager. I det här fallet användes SSAB:s eget pulvermaterial AM TS2.

Men komponentens storlek gjorde uppgiften ovanlig. Labyrinttätningen har en diameter på omkring 420 millimeter och var större än den nominella byggvolymen i den maskin som användes. RISE behövde därför utveckla en anpassad strategi för fixturering och fleraxlig tillverkning. Geometrin delades också upp i fyra delgeometrier som byggdes i olika steg.

Det innebar att caset blev mer än ett test av om själva materialet gick att printa. Hela kedjan – från konstruktion och material till tillverkningsstrategi, efterbearbetning och kvalitetssäkring – behövde fungera tillsammans.

– Projektet har fokuserat på att bygga kunskap, förståelse och lärdomar för RISE genom hela DED-LB/p-kedjan, från CAD/CAM-beredning och produktdesign till optimering av processparametrar, deponeringsstrategier och bästa tillverkningspraxis, berättar Christophe Lyphout från RISE. De största utmaningarna har varit att tillverka komponenter som överskrider traditionella maskiners arbetsvolym, vilket krävde innovativa fixturlösningar, fleraxliga deponeringsstrategier och robust process styrning för att framgångsrikt kunna tillverka komponenten.

De första kontrollerna gav lovande resultat

Efter tillverkningen skickades labyrinttätningen tillbaka till SSAB, där de ytor som behövde efterbearbetas maskinbearbetades medan övriga ytor kunde behållas i sitt additivt tillverkade skick.

När komponenten riggades i maskin såg SSAB ingen tendens till slagning, och den inledande analysen av 3D-skanningen visade endast små geometriska avvikelser.

För SSAB är dimensionsstabiliteten avgörande eftersom komponenten ska fungera effektivt som oljetätning. Men geometrin är bara en del av kvalitetssäkringen. Därför har komponenten också genomgått röntgentomografi, XCT, hos Nikon Metrology i Storbritannien. Syftet är att undersöka materialets inre kvalitet och upptäcka eventuella defekter som inte går att se från utsidan.

Analysen av XCT-resultaten återstår fortfarande. Vid AM Meet-up i Karlstad i september sammanfattade SSAB ändå en viktig milstolpe: labyrinttätningen har framgångsrikt kunnat tillverkas med DED-LB/p i SSAB AM TS2. Nästa steg är att analysera CT-resultaten och därefter är planen att testkomponenten ska installeras hos SSAB i Borlänge.

Mer än en reservdel

För SSAB handlar försöket inte bara om möjligheten att tillverka just den här komponenten. Bakom caset finns en större fråga om hur industrin kan säkra tillgången till kritiska reservdelar utan att behöva ha varje tänkbar komponent liggande på en lagerhylla. För SSAB handlar försöket inte bara om möjligheten att tillverka just den här komponenten. Bakom caset finns en större fråga om hur industrin kan säkra tillgången till kritiska reservdelar utan att behöva ha varje tänkbar komponent liggande på en lagerhylla.

– För oss handlar on demand-tillverkning i ett större perspektiv om att skapa mer robusta materialförsörjningskedjor och samtidigt utveckla en mer hållbar tillverkning. Labyrinttätningen är ett konkret exempel på hur vi kan börja testa den möjligheten i praktiken, säger Hanna Nilsson Åhman, Application Engineer på SSAB.

– Det innebär att vi inte kommer behöva binda upp lika mycket kapital i egen lagerhållning av reservdelar. Det kommer att resultera i att vi kan få ett bättre kassaflöde samt en mer hållbar produktionslina, säger Robert Larsson.

Det är också en central fråga inom On Demand 2033. Målet är att utveckla förmågan att tillverka kritiska reservdelar lokalt och när behovet uppstår. Men labyrinttätningen visar samtidigt att vägen från en gammal ritning till en användbar reservdel innehåller betydligt fler steg än själva printningen.

– En av de viktigaste vinsterna med det här arbetet är kunskapen vi bygger tillsammans. När industrins konkreta behov möter forskningskompetens och teknikutveckling hittar vi inte bara lösningar på enskilda problem, utan utvecklar också förmågan att lösa nästa utmaning. Det är precis vad vi vill åstadkomma inom On Demand 2033, säger Nicklas Tarantino.

Samarbetet mellan SSAB, RISE och On Demand 2033 har på så sätt inte bara resulterat i en fysisk komponent. Det har också byggt kunskap om vad som krävs för att ta en svåranskaffad reservdel genom hela kedjan från behov och ritning till tillverkning, efterbearbetning och verifiering.

– Jag är mycket imponerad av insatsen från samtliga inblandade. Deras arbete har möjliggjort att vi idag har en on demand-tillverkad komponent till SSAB:s produktionsenhet i Borlänge, säger Robert Larsson.

Och arbetet stannar inte vid labyrinttätningen. Ett av de nästa stegen är att fortsätta kartlägga reservdelar inom SSAB för att identifiera fler komponenter där additiv tillverkning kan vara ett alternativ.

Först ska dock resultaten från röntgentomografin analyseras. De blir ytterligare en pusselbit i svaret på den fråga som startade arbetet: hur långt kan industrin komma från en gammal ritning till en ny reservdel – tillverkad först när den faktiskt behövs?