ERC-rahoitus apulaisprofessori Junhe Lianille uusien materiaalien ja edistyneiden valmistusmenetelmien tutkimiseen

Teollinen 3D-tulostus eli ainetta lisäävä valmistusmenetelmä on taloudellinen vaihtoehto, kun kyseessä on monimutkaisen kappaleen valmistus. Toisaalta 3D-tulostetun tuotteen materiaalin ominaisuudet eivät välttämättä ole tasalaatuisia. Tällöin on olemassa vaara, että kappale hajoaa yllättäen käytössä.

Professori Junhe Lianin tutkimusprojekti HIGMAM – Hierarchical gradient metals by additive manufacturing – tähtää korkealle: viisivuotisen projektin tavoitteena on kehittää perustavaa laatua oleva käsitys materiaalien ja valmistuksen vuorovaikutuksesta ja tarjota lopulta tehokas, digitaalinen ja ekologisesti kestävä tapa kehittää uusia materiaaleja ja valmistustekniikoita.

"Huomasimme tutkimusryhmässämme sattumalta, että ainetta lisäävä valmistus voi tuottaa materiaaliin kokonaan uusia jaksollisia 3D-gradienttimikrorakenteita, joissa on yksinkertaisten mikrorakenteen lisäksi myös eri kokoluokan hierarkisia rakenteita sekä jopa hilan vääristymiä. Hierarkinen mikrorakenne säilyttää materiaalin lujuusominaisuudet, mutta tekee materiaaleista lujempia perinteisiin mikrorakenteisiin verrattuna”, Junhe Lian kertoo.

Viimeisen vuosikymmenen aikana tutkimus on osoittanut, että gradienttirakenteiset metallit ja orgaanisilta näyttävät muodot pystyvät säilyttämään teknisten materiaalien lujuuden ja sitkeyden ilman kompromisseja.

”Pystymme tällä hetkellä suunnittelemaan tekniikan alalla materiaaleja vain tiettyjen rajojen ja fysiikan säätöjen sisällä”, professori lisää.

”Ainetta lisäävän valmistusmenetelmän ja yleisempien valmistusmenetelmien avulla voimme tutkia systemaattisesti uusien mikrorakenteiden tuomia mahdollisuuksia ja rajoja. Monimutkaisen, useita mittakaavoja ja fysiikan lakeja yhdistävän tutkimuksen avulla pyrimme kehittämään systemaattisen lähestymistavan uusien mikrorakenteiden suunnitteluun. Työssä tarvitaan runsaasti kokeellista perustutkimusta, monimittakaavaisia karakterisointimenetelmiä, laaja-alaista fysiikkaa ja monimittakaavaisia numeerisia malleja sekä datatiedettä”, lupaa professori Lian.

”Olemme tutkineet ainetta lisäävän valmistusmenetelmän tuomia mahdollisuuksia jo pitkään. Junhe Lianin analyyttisen mallintamisosaamisen avulla pääsemme laajentamaan tutkimusta aivan uudelle tasolle”, sanoo Jouni Partanen, tulevaisuuden tuotantomenetelmien professori konetekniikan laitokselta.