Gasturbiner arbetar under extrem värme och höga påfrestningar. När gasturbinindustrin går mot vätgasdrivna system måste komponenterna klara ännu högre temperaturer. Additiv tillverkning möjliggör smartare konstruktioner för att möta dessa krav, men att 3D-printa högpresterande metaller är fortfarande en stor utmaning. Ahmed Fardan Jabir Hussain, doktorand vid Chalmers tekniska högskola, arbetar för att göra 3D-printing möjlig även för de tuffaste applikationerna.
Additiv tillverkning (3D-printning) gör det möjligt att skapa komplexa former, till exempel kylkanaler inuti turbinblad. Det gör att turbinen kan arbeta vid högre temperaturer, vilket förbättrar dess verkningsgrad. Men när det gäller att printa högpresterande metaller är processen komplex. Ett exempel är CM247LC, en extremt hållbar superlegering som är idealisk för användning i extrema miljöer, men också en av de svåraste metallerna att bearbeta med 3D-printing.
– Superlegeringen kallas ofta ”the Holy Grail” inom metallbaserad additiv tillverkning. Om vi lyckas bearbeta den kan det möjliggöra högre driftstemperaturer och förbättra effektiviteten hos industriella gasturbiner, säger Ahmed Fardan Jabir Hussain.
Legeringen tenderar att spricka antingen under själva printningen eller vid efterföljande värmebehandling. Den har dessutom sämre motståndskraft mot deformation vid långvarig exponering för höga temperaturer, så kallad krypning, jämfört med gjutna komponenter. Dessa begränsningar gör att materialet i sin nuvarande printade form ännu inte är lämpat för industriell användning.
Lösningar genom processoptimering
I stället för att ändra själva legeringen fokuserade Fardan på att få ut det mesta av den befintliga standardkompositionen. Genom att finjustera laserstyrka, skanningsstrategier och värmebehandlingar kunde han minska sprickbildning och förbättra hållbarheten avsevärt. Detta resulterade i nästan sprickfria prover i enkla geometrier som kuber. Dessutom visar hans forskning hur man kan printa och värmebehandla superlegeringen för att förbättra kryphållfastheten.
– En av de största lärdomarna är att man inte kan lösa ett problem isolerat. Om man minskar mikrosprickor för mycket kan man i stället förvärra makrosprickor, försämra krypegenskaperna. Ett helhetsperspektiv är avgörande, och där är samarbetet med industrin till stor hjälp, säger Ahmed Fardan Jabir Hussain.
Industriella fördelar
Under sin doktorandtid har Fardan haft ett nära samarbete med Siemens Energy. Håkan Brodin, Materials Technology Expert på Siemens Energy, lyfter fram betydelsen av detta samarbete.
– Fardans forskning har gett oss värdefulla insikter i hur man bearbetar dessa utmanande material. Vi använder redan resultaten för att utveckla nya legeringar och förbättra våra processer för additiv tillverkning, säger Håkan Brodin.
Han betonar också varför forskningen är viktig ur ett industriellt perspektiv.
– Vi har nått gränsen för vad traditionella material och kylstrategier klarar. För att komma vidare behöver vi bättre material och processer, och den här forskningen hjälper oss att göra just det, säger Håkan Brodin.
Bredare tillämpning
Förmågan att på ett tillförlitligt sätt printa turbinkomponenter för höga temperaturer kan förändra energiproduktionen genom högre verkningsgrad, minskade utsläpp och mer flexibla leveranskedjor. Samtidigt har metoderna och insikterna från forskningen en betydligt bredare användning.
– Även om just det här materialet fortsatt är svårt att hantera, kan de lärdomar vi har dragit definitivt tillämpas på andra superlegeringar och bidra till att utveckla additiv tillverkning som helhet, säger Ahmed Fardan Jabir Hussain.
Ahmed Fardan Jabir Hussain försvarar sin doktorsavhandling 16 december 2025
Läs avhandlingen och se tid och plats för disputationen.
- Doktorand, Material och tillverkning, Industri- och materialvetenskap