Utformning av material på atomnivå

För att utveckla de material som samhället kommer att efterfråga i morgon måste vi tänka radikalt och samarbeta. Med sin världsledande materialexpertis är Sandvik väl positionerat för att hjälpa till att skapa morgondagens värld.

Sandvik har utvecklat nya material i mer än 150 år. Idag är företaget en av världens ledande utvecklare av nya material. Företaget vet att det är viktigt att ligga steget före de aktuella trenderna för att kunna möta kundernas och samhällets krav.

Marco Zwinkels, chef för R&D Technology Platforms på Sandvik Coromant, säger att industrins efterfrågan på nya material främst drivs av flyg- och fordonsindustrin och strävan efter ökad hållbarhet inom hela tillverkningsindustrin.

Denna efterfrågan, säger Zwinkels, innebär liknande utmaningar för Sandviks utveckling av nya material som ska användas i produkter inom industri och tillverkning som för utvecklingen av Sandviks skärande verktyg.

"Trenden med viktminskningar inom alla former av transport leder till en allt större användning av fiberkompositmaterial och lättviktsmaterial som titan", säger han. "Vi ser en ökning av aluminiumkomponenter, drivet av utvecklingen av elektrifierade fordon. Samtidigt används nu mer avancerade värmebeständiga superlegeringar för turbiner inom flygindustrin. Dessa är ofta mycket knepiga att bearbeta, vilket ställer högre krav på våra verktyg."

En annan drivkraft för utvecklingen av nya material inom området bearbetningslösningar kommer från flera problem som är förknippade med kobolt, en av de viktigaste beståndsdelarna i hårdmetall, det huvudsakliga material som används i skärverktyg för metall och berg.

Kobolt blir allt mer problematiskt, säger Zwinkels. "Kobolt har omklassificerats som farligare än tidigare och gränsvärdena för yrkesmässig exponering har sänkts", förklarar han. "Dessutom bryts det i eller nära konfliktområden. Dessutom används kobolt i bilbatterier, så i och med elektrifieringen av bilarna finns det en risk att det blir en bristvara."

Försöker förstå framtida behov

Zwinkels säger att Sandvik har både ett utmaningsdrivet och ett möjlighetsdrivet perspektiv när det gäller att utveckla nya material.

"Från möjlighetssidan driver vi långsiktig forskning internt, ofta i samarbete med institutionella och akademiska partners", säger han. "Vi undersöker och följer utvecklingen av nya material inom den akademiska världen. Behovssidan kommer från kundförfrågningar, marknadstrender och branschutveckling. De viktigaste inslagen kommer från vårt globala nätverk av säljare, ingenjörer och specialister samt från vår business intelligence-funktion. Utifrån detta försöker vi förstå vilken typ av materialutveckling som kommer att behövas i framtiden."

Vi befinner oss nu på atomnivå när vi utformar våra material, vilket gör det möjligt för oss att skapa nya sammansättningar av befintliga material.

Susanne Norgren, Group Expert Materials Design på Sandvik, är också docent i tillämpad materialvetenskap vid Uppsala universitet. För henne kommer den mest spännande utvecklingen inom materialvetenskap från revolutionerande nya processer.

"Additiv tillverkning och vidareutveckling av integrerad computational materials engineering är metoder där material optimeras digitalt för att uppnå vissa önskade egenskaper. Vi kan också utveckla och designa material och komponenter på nya och snabbare sätt", säger hon. "Det 3D-printade landningsstället till rymdfarkosten SpaceX är ett exempel där denna metod används för att gå från atomnivå till färdig produkt."

Flytta runt atomer

Zwinkels instämmer. "Materialvetenskapen har blivit mycket mogen", säger han. "Vi befinner oss nu på atomnivå när vi utformar våra material, vilket gör att vi kan flytta atomer för att skapa nya sammansättningar av befintliga material. Med hjälp av beräkningsmodeller kan vi se vilka nya sammansättningar som skulle kunna vara möjliga och vad som krävs för att förverkliga dem."

En annan viktig fördel med additiv tillverkning, påpekar Norgren, är att den gör det möjligt för ingenjörer att ta bort avfallsmaterial från processen, vilket gör materialen lättare och därmed mer hållbara. "Jag tror att alla Sandviks kunder kommer att dra nytta av detta", säger hon. "Och Sandvik kommer också att dra nytta av det internt när det gäller effektivitet. Sandvik är mycket väl rustat när det gäller 3D-printingmaskiner och know-how."

Sandvik är den ledande globala aktören när det gäller återvinning av hårdmetall.

Men kanske är det bara genom återvinning som en hållbar värld verkligen kan uppnås. Och detta är också något som materialforskare utforskar allt mer, med hjälp av de nya beräkningsprocesserna.

"På grund av den ökande bristen på kobolt och många andra material, samt behovet av att minska vårt koldioxidavtryck, måste vi gå mot 100 procent användning av återvunna råvaror i våra produkter", säger Zwinkels.

"Sandvik är den ledande globala aktören när det gäller återvinning av hårdmetall. En betydande del av det material som vi säljer kommer från återvunna verktyg, som vi köper tillbaka och omvandlar till nytt material. Det har vi gjort framgångsrikt i många år och det här kommer att bli allt viktigare."