Neste generasjon formverktøy for konkurransekraftig produksjon

NextForm har som overordnede idé å utvikle neste generasjons ekstruderings- og støpeprosesser for tilvirkning av aluminium- og plastprodukter. Konsortiet består av sluttbrukerne. Benteler Automotive Farsund (BAF), Benteler Automotive Raufoss (BAR) og Kongsberg Automotive (KA), samt teknologi- og FoU-partnerne Tronrud Engineering (TE), NTNU IPK (NTNU) og SINTEF Raufoss Manufacturing AS (SINTEF). En stor del av verdiskapingen i produktene til sluttbrukerbedriftene ligger i formgivingsprosessene. Fortsatt utvikling av avanserte verktøy til disse prosessene er en forutsetning for konkurransekraft. Additiv Manufacturing (AM) av forminnsatser kombineres med bruk av simulering, overflatebelegging, kjølevæsker og byggematerialer for å gi formverktøy med overlegen kapasitet og robusthet. Status hos hver av sluttbrukerbedriftene er: BAF: Basert på en sidekjerne utviklet i NextForm prosjektet, bestilte BAF 4 nye AM produserte komplette sidekjerner hos Tronrud sommeren 2016. Disse har nå stått i formverktøyet i 20.000 skudd med positivt resultat. Vedlikeholdet er betydelig lavere enn på de opprinnelige sidekjernene. BAF har total anskaffet 77 stk AM verktøy-innsatser basert på resultater fra prosjektet. Det har også blitt utviklet og fremstilt en kjerne hvor luft benyttes som kjølemedium i stedet for vann. Denne er enda ikke testet ut i produksjon. I tillegg har bedriften en MSc student som har studert og testet kriterier for god ventilering av støpeformer i stål ved bruk av AM innsatser. Kandidaten har også testet AM innsatser for bedre kontroll av varmeovergangtall ved støping av aluminium. BAR: Et omfattende testprogram er gjennomført, hvor strekktester er utført både ved romtemperatur og driftstemperatur (500°C). Teststaver er AM bygd i rene materialer (MS1, CL50WS, Marlok) og som hybride materialer (CL50WS/H13, Marlok/H13). Materialene er testet ut i tilstanden som bygd og i tilstanden som varmebehandlet, samt i tilstanden som overflatebelagt. Testene viser at materialene har tilfredsstillende egenskaper. Et fullskala ekstruderingsverktøy er bygd og testet ut i produksjonen hos BAR. Verktøyet ble testet ut i henhold til et program hvor man gradvis gikk over til full last. Verktøyet overlevde hele testprogrammet, men etter demontering viser det seg at det har oppstått kritisk sprekkvekst i bindingssonen mellom H13 og Marlok. En har nå identifisert det en tror er årsaken til sprekken. Et nytt verktøy skal bygges og testes, men dette vil skje nå i etterkant av NextForm. KA: KA har i gjeldende periode fokusert på bruk av AM for fremstilling av slanke og lette robotgripere med integrert funksjonalitet knyttet til elektronikk og pneumatikk. Utfordringen rundt design av robuste robotgripere blir stadig større etterhvert som at variantspekteret av produkter øker og sprøytestøping og videre prosesstrinn (typisk montasje) blir tettere integrert med sprøytestøpemaskinen. Det er startet et MSc studentprosjekt på denne tematikken. Det første resultatet ble ikke tilfredsstillende, så en ny student er knyttet til prosjektet. Denne studenten har tatt i bruk topologioptimalisering med Altair Hyperworks for å oppnå et tilfredsstillende resultat. Flere prototyper er laget i fotopolymer hos IPK NTNU og en fungerende prototype er bygd i polyamid hos NTNU Gjøvik. Studenten veiledes av SINTEF, NTNU og KA. TE: Tronruds målsetning om å øke utnyttelse av sitt AM utstyr fra 20% til 80% i løpet av prosjektperioden er nå innfridd, og Tronrud har anskaffet to nye AM maskiner. Økt omsetning kommer blant annet av at sluttbrukerbedriftene i NextForm prosjektet har startet å gjøre direkte bestillinger. NTNU: Post doktor finansiert av prosjektet har publisert flere tidsskrift- og konferanseartikler. Vedkommende deltok på Europas største messe innen additive tilvirkning i høst, Formnext, og har skaffet tilgang til flere nye programvarer for simulering av deformasjoner i pulverbad-prosesser. Vedkommende har gjort undersøkelser av: 1) lettvektsstrukturer for raskere produksjon, minimering av materialforbruk og forbedret styrke/vekt-forhold. Elastisitet i bøyningsdominerte strukturer er undersøkt. 2) Analyser av strømning i konforme kanaler og fysiske forsøk av kjøleegenskaper med forskjellige kjølemedier. 3) Utnyttelse av ventilering i produksjonsverktøy, forsøk med størrelsestilpasning av ventileringsslisser. 4) Materialegenskaper knyttet til hybride bygg. Startet samarbeid med andre institutt angående mikrostruktur i hybride bygg.

Prosjektets overordnede idé er å utvikle neste generasjons ekstruderings- og støpeprosesser for aluminium- og plastprodukter. Både Farsund Aluminium Casting (FAC), Benteler Aluminium Systems Norway (BASN) og Kongsberg Automotive (KA) er bedrifter som har hatt stor suksess med sine unike og avanserte produkter. Bedriftene er nødt til å drive kontinuerlig utvikling av produkter og prosesser for å kunne konkurrere i et presset marked. Krav til årlige forbedringer på over 5% er vanlige. En fellesnevner for be driftene er formgivingsprosessen som en kjerneaktivitet. En stor del av verdiskapningen i produktene ligger i denne prosessen. Fortsatt utvikling av avanserte verktøy til formgivingsprosessene er en forutsetning for konkurransekraft i framtiden gjennom re duserte syklustider, bedre formtoleranser, lavere vrakandel, lenger levetid på verktøy, redusert behov for reparasjon av verktøy, samt gi nye muligheter innen produktutforming og design. Additiv tilvirkning/Additiv Manufacturing (AM) vil ha en sentral r olle i dette prosjektet. AM har i de senere år hatt en rivende utvikling innen bruk av metall som byggematerial og forminnsatser kan nå framstilles med en funksjonalitet som ikke er mulig med etablerte tilvirkningsteknikker. AM av forminnsatser skal komb ineres med avansert bruk av simulering, overflatebelegging, kjølevesker og byggematerialer for å gi formverktøy med overlegen kapasitet og robusthet. Ambisjonen er at en på tross av særnorskt kostnadsnivå skal sikre kostnadseffektiv produksjon av avansert e produkter også i framtiden.