NEXRAM, nästa generation tillverkning av refraktära metaller med artificiell intelligens och additiv tillverkning

Projektet NEXRAM utvecklar nya metoder för additiv tillverkning av refraktära metaller som volfram. Genom att kombinera sensorer, realtidsövervakning och maskininlärning ska tillverkningsprocessen optimeras för högre kvalitet, tillförlitlighet och hållbarhet.

A man in a white coat working with a machine in a lab environment

Additiv tillverkning (AM) gör det möjligt att producera metallkomponenter med komplexa geometrier som är svåra eller omöjliga att tillverka med konventionella metoder. Detta är särskilt relevant för refraktära metaller, till exempel volfram och zirkonium, som används i applikationer med mycket höga temperaturer, såsom inom kärnenergi, fusionsteknik och medicinteknik. Samtidigt är dessa material mycket svåra att bearbeta med traditionella tillverkningsprocesser på grund av deras höga smältpunkter, hårdhet och känslighet för oxidation.

Pulverbäddsfusion med elektronstråle (PBF-EB) erbjuder en möjlig väg framåt för tillverkning av dessa material. Processen sker vid höga temperaturer och i vakuum, vilket minskar risken för oxidation och kan reducera termiska spänningar under tillverkningen. Trots dessa fördelar kvarstår betydande utmaningar, särskilt när det gäller att upprätthålla en stabil värmebalans under byggprocessen. För hög energitillförsel kan orsaka deformation och svällning, medan för låg energi kan leda till porositet och bristande densifiering.

Målet med projektet NEXRAM är att utveckla nya strategier för tillverkning av refraktära metaller genom att integrera avancerad processövervakning och artificiell intelligens i additiv tillverkning. Under byggprocessen kommer sensorer, exempelvis "backscatter" detektor, optisk bildanalys och pyrometri, att användas för att samla in omfattande data om temperaturfördelning, lagerkvalitet och defektbildning. Dessa data analyseras med hjälp av maskininlärning för att utveckla modeller som kan förutsäga och styra processens utveckling.

På sikt ska de utvecklade modellerna integreras i tillverkningssystemet för att möjliggöra realtidsjusteringar av processparametrar under själva byggprocessen. Ett sådant återkopplat system kan förbättra materialkvaliteten, öka tillförlitligheten i produktionen och minska behovet av efterbearbetning eller kassation av komponenter. Projektet bidrar därmed till att göra additiv tillverkning mer industriellt konkurrenskraftig och mer resurseffektiv.

Projektet genomförs i samarbete mellan forskare inom maskinteknik och elektroteknik (STC) vid Mittuniversitetet, med målet att stärka kopplingen mellan digitalisering, sensorteknik och avancerade materialprocesser inom additiv tillverkning