Digital tvilling möjliggör hållbar materialdesign

I nära samverkan mellan Ingenjörsfakulteten vid Lunds universitet och Seco Tools pågår forskning för att etablera en digital tvilling som överbryggar gapet mellan mikrostrukturell design av hårdmetallmaterial, deras egenskaper och prestanda för material och verktyg för industriella metallbearbetningsprocesser. Syftet är att påskynda utvecklingen av verktygsmaterial och -lösningar med en förutsägbar och hållbar bearbetningsprestanda vid användning.

Seco Tools ingår i Sandvik Machining Solutions, ett affärsområde inom Sandvikkoncernen med en världsledande position i sektorn för skärande verktygsindustri. För att bibehålla sin position, och global konkurrenskraft, krävs utveckling av högpresterande produkter och avancerade bearbetningslösningar för en effektiv komponenttillverkning.
– Forskningen fokuserar på att utveckla en robust kunskapsbaserad kompetensplattform för att utveckla nya skärande verktygsmaterial, geometrier och ytbeläggningar. Genom att utveckla nya material digitalt i stället för genom försök och misstag på verkstadsgolvet förbättras förutsättningarna för att tidseffektivt ta fram material med de exakta egenskaper vi efterfrågar, säger Rachid M’Saoubi, Senior Expert Machining Research på Seco Tools.

Robust processanalysmetod
– Idag har designen av avancerade material blivit enormt mycket snabbare tack vare digitala lösningar och modeller. Men deras prestanda under extrema förhållanden, som vid metallbearbetning, är fortfarande till största delen empirisk. Vår ambition är därför att utveckla ett ramverk för en digital tvilling, genom att skapa nya sätt att digitalisera hårdmetallmaterial och utveckla modeller som låter oss följa materialens evolution genom hela livscykeln, säger Volodymyr Bushlya, docent på Avdelningen för industriell produktion vid LTH.
Vikas Premkumar är industridoktorand på Seco Tools. Han tillägger:
– Vårt mål är att etablera en integrerad digital tvilling för skärande verktyg och verktygsmaterial som bidrar till ökad hållbarhet och dessutom effektiviserar utvecklingen av framtidens hållbara verktygslösningar. Detta kan uppnås genom att etablera en grundläggande förståelse för hur en atomär konfiguration av materialet och dess makroskopiska egenskaper hänger ihop och hur de är sammanlänkade för att uppnå en viss prestanda och vice versa. Genom ett omfattande och innovativt tillvägagångssätt för experiment kan korrelationen mikrostruktur–egenskaper–prestanda förstås och i slutändan kan verktygets prestanda förutsägas.
Inom ramen för forskningsprojektet, som inleddes i augusti 2023, analyserar han även nya och befintliga material i syfte att göra dem mer hållbara, med ambitionen att öka Seco Tools cirkularitet med hjälp av ett digitalt ramverk.
– En AI-baserad digital tvilling tillhandahåller ett beslutsunderlag baserat på statistik, vetenskaplig och praktisk kunskap och gör hela materialutvecklingsprocessen mer förutsägbar och mindre experimentell, säger Vikas Premkumar.