Från forskning till tillämpning: avancerade material i 3D-printing

– Vanliga material tappar sin styrka när de utsätts för höga temperaturer, men dessa specifika legeringar behåller sin hållfasthet, vilket är avgörande för tillämpningar inom flygmotorer och turbiner för elproduktion, säger Shaafi Shaikh.

Att anpassa dessa superlegeringar för 3D-printing är dock långt ifrån enkelt, bland annat på grund av risker som sprickbildning, eventuell förlust av värmetålighet och höga produktionskostnader.

– Genom forskningen har vi lärt oss att för att göra dessa material lämpliga för 3D-printing måste vi studera deras sammansättning noggrant och justera den för att uppnå rätt smält- och stelningsbeteende. Vi behöver också omdesigna värmebehandlingarna för att säkerställa den styrka och uthållighet som krävs.

Forskningen fokuserar på att vidareutveckla 3D-printingtekniken för superlegeringar, för att möjliggöra produktionen av mer komplexa, effektiva och hållbara komponenter.

– Med 3D-printing kan vi designa och tillverka mer effektiva komponenter samtidigt som vi minskar miljöpåverkan. Samtidigt förenklar vi komplexa leveranskedjor. Till exempel kan en turbindel som idag tar år att leverera i stället tillverkas lokalt och betydligt snabbare.

Närhet till tillämpningen

Som industridoktorand betonar Shaafi Shaikh värdet av att vara nära den praktiska tillämpningen. Inom industrier där tekniken utvecklas snabbt, som 3D-printing, är det viktigt att kunna följa framstegen inom industrin på nära håll.

– Att vara industridoktorand har gett mig viktiga insikter i de praktiska tillämpningarna av min forskning. Jag tycker det är avgörande att ha nära kontakt med industrin när man försöker lösa verkliga, konkreta problem, säger han.

Starkt samarbete mellan EOS och CAM²

Shaafi Shaikh genomför sin forskarutbildning i industrin på EOS, en tidig aktör inom 3D-printing och ett av de första företagen att tillämpa metallbaserad additiv tillverkning. Olli Nyrhilä, Chief Engineer inom Metal Materials & Processes på EOS, ser samarbetet med CAM² som en bra matchning.

– Chalmers är navet för svensk metallpulverforskning, och samarbetet har varit mycket bra från början. Centrumet CAM² involverar industripartners från hela värdekedjan, vilket gör det till en idealisk miljö för samverkan mellan akademi och industri, säger Olli Nyrhilä.

Kommersiell tillämpning i sikte

Resultaten från forskningen börjar redan ge resultat. Flera av de nickelbaserade superlegeringarna som studeras är på väg mot kommersiell tillämpning och väcker intresse från industrierna som använder slutprodukterna.

– Att ha Shaafi Shaikh som industridoktorand har varit en betydande tillgång. Ett av de mest centrala bidragen är förmågan att gå djupt in i metallurgin för dessa legeringar, identifiera grundläggande problem och successivt utveckla effektiva lösningar, säger Olli Nyrhilä.

För Shaafi Shaikh har arbetet i gränslandet mellan akademi och industri varit avgörande.

– Inom industrin vet vi hur man får saker gjorda. Men att förstå varför vissa lösningar fungerar öppnar upp för en helt ny nivå av problemlösning. Det är där samarbetet mellan akademi och industri verkligen visar sin styrka. Vi löser praktiska problem samtidigt som vi fördjupar vår kunskap, säger han.

Blickar framåt

Efter att ha disputerat ser Shaafi Shaikh fram emot att bredda de praktiska tillämpningarna av sin forskning och fortsätta arbetet i både akademi och industri.

– Forskarutbildningen lägger en fantastisk grund för forskningen. Den har gett mig verktygen att växla upp mitt arbete och tillämpa de problemlösningsförmågor jag utvecklat. Jag känner att det fortfarande finns mycket jag kan bidra med, och huruvida det sker inom akademi eller industri spelar mindre roll, eftersom vi arbetar så nära varandra, säger han.

Shaafi Shaikh disputerar 9 maj 2025 med sin avhandling Additive manufacturing of Ni-base superalloys: Processing, heat treatment, productivity, and properties.