23 juni 2025
Nytt 3D-printat material gör industrin mer hållbar
Forskare vid Luleå tekniska universitet har utvecklat självsmörjande polymerkompositer som minskar friktion och slitage i maskinkomponenter. Resultaten kan bidra till en mer energieffektiv och hållbar tillverkning av industriprodukter och teknisk utrustning.
Genom att kombinera avancerade material med 3D-printing har doktoranden Nayan Dhakal vid Luleå tekniska universitet tagit fram polymerkompositer med betydligt förbättrad slitstyrka och friktionsegenskaper. Materialet, som bygger på den högpresterande termoplasten PEEK, har visat upp till 50 procents friktionsreduktion jämfört med en ren polymermatris – ett resultat som bidrar till att minska energiförluster i industriella maskiner.
– Tribologiska tester visar att dessa 3D-printade kompositer presterar lika bra som, eller till och med bättre än, konventionellt tillverkade komponenter när det gäller friktion och slitage, säger Nayan Dhakal, doktorand i maskinelement vid Luleå tekniska universitet.
Tillverkningsmetoden bygger på Fused Filament Fabrication (FFF), en vanlig extrusionbaserad 3D-printningsteknik för termoplaster. Metoden möjliggör snabb produktion av avancerade komponenter med minimalt materialspill – ett viktigt steg mot mer hållbar tillverkning och minskad miljöpåverkan i ett cirkulärt ekonomiskt system.
Anpassat för krävande miljöer
För att förbättra materialens prestanda tillsatte forskarna mikroskopiska kolfibrer och nanopartiklar av kisel i PEEK-matrisen. Dessa tillsatser förbättrade den inre strukturen och gav en tydlig ökning av de tribologiska egenskaperna.
– Vi såg att nanopartiklarna stärkte bindningen mellan fibrerna och matrisen, vilket minskade den inre porositeten och förbättrade hållfastheten och livslängden, säger Nayan Dhakal.
Tribologiska analyser visade att det experimentella materialet inte bara motsvarade, utan i vissa fall även överträffade, friktionsegenskaperna hos komponenter tillverkade genom kompression. Det tyder på att 3D-printning kan vara ett fullgott alternativ till traditionella tillverkningsmetoder för kritiska applikationer.
– Det här öppnar för decentraliserad tillverkning vid behov, där delar kan anpassas och produceras på plats, säger Nayan Dhakal.
.jpg)
Nayan Dhakal, doktorand i maskinelement vid Luleå tekniska universitet.
Hållbarhet genom hela livscykeln
Utöver förbättrade mekaniska egenskaper betonar projektet hållbarhet ur ett systemperspektiv. Genom att minska energiförluster under drift och begränsa behovet av transporter bidrar metoden till flera av FN:s globala hållbarhetsmål – däribland mål 9 (hållbar industri, innovation och infrastruktur), mål 11 (hållbara städer och samhällen) och mål 12 (hållbar konsumtion och produktion).
– Vi visar att det är möjligt att förena ett hållbarhetsperspektiv med teknisk utveckling, vilket är avgörande för framtidens tillverkning, säger Nayan Dhakal.
Projektet är en del av det EU-finansierade MSCA-EJD-programmet GreenTRIBOS och har genomförts i samarbete mellan Luleå tekniska universitet och University of Leeds. Nayan Dhakal har nyligen disputerat vid båda lärosätena inom ramen för ett dubbeldoktorandprogram.