Savonian 3D-tulostusympäristön blogipuolella on julkaistu kirjoitus "Lisäävä valmistus suurennuslasin alla Pohjois-Savossa". Kirjoitus pohjautuu LIVA -hankkeessa toteutettuun kysely Pohjois-Savolaisille yrityksille 2018. Lue lisää:

https://blogi.savonia.fi/3dtulostus/

 

Blogissa julkaistaan kuukausittain aiheeseen liittyviä kirjoituksia, mm. LIVA-hankkeen tutkimustuloksia.

Savonian blogisivuille avattiin loppuvuodesta uusi 3D-tulostusblogi.

Suora linkki blogiin: https://blogi.savonia.fi/3dtulostus/

Blogin kirjoituksissa käsitellään 3D-tulostusta ja Savonian aiheeseen liittyvää tekemistä monialaisesti ja monelta eri näkökannalta katsottuna.

Savonian LIVA –seminaari "3D-tulostuksen Savolainen Vallankumous", järjestettiin Savonian Opistotien Kampuksella 1.12.2017. Tilaisuudessa esiteltiin hanketta ja tutkimustuloksia sekä 3D-tulostuksen hyötyjä. Aamupäivän aikana oli myös tiivistelmä Formnext 2017 -tapahtumasta.

Ulkopuolisina asiantuntijoina paikalla olivat Canonilta Pete Niemelä, 3Dformtechiltä Toni Järvitalo ja 3Dstepiltä Vesa Kananen. Seminaarin yhteydessä oli esillä myös 3D-tulostettuja kappaleita.  

Osallistujia seminaarissa oli noin 60.

Seminaarin ohjelma (HUOM: esitysmateriaalit ovat ladattavissa seuraavien linkeistä):

9.15-9.25                            Seminaarin avaus, LIVA-hankkeen esittely (lataa materiaali tästä)

                                            Antti Alonen, Savonia-amk.

9.25-9.45                            3D-tulostus rakennusalalla, Tilannekatsaus 2017 (lataa materiaali tästä)

                                            Sami Lampinen, Savonia-amk

9.45-10.05                          3D-tulostuksen päästömittaukset (lataa materiaali tästä)

                                            Antti Väisänen, Savonia-amk

10.05-10.45                        Formnext 2017 –tapahtuman ”parhaat palat” (lataa materiaali tästä)

                                            Hannu Oksanen, Lauri Alonen, Antti Alonen

10.45 – 11.30                      3D-tulostus Canonin silmin (lataa materiaali tästä)

                                            Pete Niemelä, Canon Oy

11.30 – 12.30                      Lounastauko (omakustanteinen)

12.30 – 13.15                      Metallin 3D-tulostus ja käyttökohteet (lataa materiaali tästä)

                                            Vesa Kananen, 3DStep Oy

13.15 – 14.00                      Muovin 3D-tulostus ja käyttökohteet (lataa materiaali tästä)

                                            Toni Järvitalo, 3D Formtech Oy

14.00 – 15.00                      Seminaarin loppusanat, iltapäiväkahvi

 

Lokakuun Master's Studio -tapahtuman aiheena oli "Käänteissuunnittelu, CAD/CAM & 3D-skannaus 3D-tulostuksen työkaluina".

Masters’ Studio on 3D-tulostuksen toimijoiden, kehittäjien ja teknologiasta kiinnostuneiden aktiivinen yhteisö, jonka tavoitteena on etsiä ja kokeilla 3D-tulostukseen liittyviä tuoteinnovaatio- ja bisnesmahdollisuuksia, sekä virittää keskustelua toimijoiden välillä.

Paikalla Tapahtumassa oli noin 10 henkilöä. Vieraana tapahtumassa oli Tapio Saarinen Titako Oy:stä esittelemässä 3D-skannausta. Titako Oy:llä on käytössään Breuckmann smartSCAN HE 4C 3D-skannauslaitteisto, ja he tarjoavat 3D-digitointi ja skannauspalvelua.

2017 10 05 ms.yleiskuva

Tapahtuma pidettiin Ylöjärvellä 3D-step Innovaatiokeskus/3D-tulostusyrityksen tiloissa Ylöjärvellä, jossa Tapio Saarinen esitteli 3D-skannauksen toimintaa ja käyttökohteita yleisesti, sekä esimerkkien avulla.

Esimerkkeinä olivat mm:

  • 3D-skannauksen käyttö auton törmäystarkastelussa
  • Valuprosessin jälkeinen automatisoitu valukappaleiden tarkastus
  • Ilmailu ja avaruusteollisuuden käyttökohteet, esimerkiksi turbiinin siipien automatisoitu tarkastus
  • Kallokirurgiaan liittyvät yksilöllisten implantit, jossa skannaus tehdään sekä ennen implantin valmistusta, että sen jälkeen.
  • Ryppyjen analyysi: Tilavuus, karkeus, sekä kasvojen ihonalaisen rasvakerroksen skannaus
  • Ihmiskehon mittaus
  • Nopeuslaskijan puvun skannaus, virtauslaskentaa varten.
  • King Kong - Skull Island elokuvan jättiläisapinan todenmukaista simulointia varten tehtiin 3Dskannaus vuoristogorillasta.
  • Body Scan – 3Dskannerit virtuaalitodellisuus ja peliaineistojen tuottamista varten.

Kesäkuun Master’s Studio yhteisön aiheena oli 3D-tulostus muottien valmistuksessa, painopisteenä erityisesti ruiskupuristusmuotit.

Masters’ Studio on 3D-tulostuksen toimijoiden, kehittäjien ja teknologiasta kiinnostuneiden aktiivinen yhteisö, jonka tavoitteena on etsiä ja kokeilla 3D-tulostukseen liittyviä tuoteinnovaatio- ja bisnesmahdollisuuksia, sekä virittää keskustelua toimijoiden välillä.

2017 06 06 ms yleiskuva

Tilaisuutta isännöi Vesa Kananen, 3DStep Oy.

3D-tulostuksen tuomat edut muottien valmistukseen ovat pitkälti samoja kuin yleiselläkin tasolla – läpimenoajan nopeutuminen, nopeammat suunnittelusyklit ja tuotteen parempi toiminnollisuus. Esimerkiksi ruiskuvalumuotin valmistukseen saattaa kulua perinteisesti kuukausia, kun 3D-tulostusta hyödyntämällä aika saadaan lyhennettyä viikkoihin tai jopa päiviin. Muottien käyttäminen suurten sarjojen valmistuksessa on kustannustehokasta, ja 3D-tulostusta hyödyntämällä siitä saadaan entistä nopeampaa.

Erityisen merkittävä etu on muottien tehokkaammat jäähdytysominaisuudet, jotka saadaan jäähdytyskanavistoa optimoimalla. Jäähdytyskanavien muodoilla tai määrillä ei ole työkalujen määräämää geometrista rajoitetta samaan tapaan kuin perinteisesti valmistettavissa muoteissa. Kanavien profiili voi myös muuttua kappaleen sisällä parhaan mahdollisen jäähdytyksen saavuttamiseksi.

Vertailtavana oli ruiskupuristusmuottien valmistaminen neljällä eri menetelmällä muovin osalta: Polyjet, SLS, SLA ja FDM. Näistä keskityttiin lähinnä materiaalin ruiskutukseen pohjautuvaan Polyjet –menetelmään. Lisäksi käytiin läpi metallimuottien valmistusta SLM –menetelmällä.

Polyjet (Materiaalia ruiskuttavat menetelmät)

  • Sopii materiaaleille joilla on hyvä juoksevuus ja alle 300 asteen puristuslämpötila
  • Sarjakoko/kesto, n. 10 - 100 kpl sarjat
  • Hyvä pinnanlaatu tulostuksen jälkeen
  • Syöttökanavat ja päästöt suunniteltava niin suuriksi kuin mahdollista (hyvin pienet kanavat ei suositeltavia)
  • Nopea valmistaa, halvempi kuin protomuotti alumiinista suunnittelun ensimmäisessä vaiheessa

SLS (Jauhepetimenetelmät)

  • Parempi lämmönkesto kuin polyjetillä
  • Nopea valmistaa useita muotteja samanaikaisesti

FDM (Materiaalia pursottavat menetelmät)

  • Karkea pinnanlaatu, mutta saattaa riittää käyttökohteeseen
  • Edullinen valmistuskustannus

SLA (Nesteen fotopolymerisointimenetelmät)

  • Hyvä pinnanlaatu, tarkat piirteet

SLM (Jauhepetimenetelmä, metallin 3D-tulostus)

  • Lujuudet ja kovuudet vastaavat perinteisin menetelmin valmistettuja materiaaleja, tiiveys >99.5%
  • Koska muottien metallitulostamisessa pyritään usein tehokkaampaan jäähdytykseen jaksoajan nopeuttamiseksi, tarkoittaa se yleensä kanavien muotojen optimointia. Tässä tulee ottaa huomioon 3D-tulostuksen suunnittelusäännöt, eli esimerkiksi yli 6 mm kokoiset kanavat tulisi valmistaa pisaran, salmiakin tai soikion muotoisena tukirakenteen välttämiseksi.
  • Kustannustehokkuuden kannalta on usein järkevä 3D-tulostaa vain kriittinen tai monimutkaisempi osa muotista
  • Muodon tarkkuudet +/- 0,05 mm pienille kappaleille, isoille kappaleille +/- 0,2 %. Pinnankarheus tulosteella on luokkaa Ra8-10
  • Tärkeimmät kustannustekijät muodostuvat tulostettavasta tilavuudesta (kappale+tarvittavat tukirakenteet), kappaleen korkeudesta, materiaalikulusta (n. 10% kustannuksista) sekä jälkikäsittelystä (lämpökäsittelyt, hionnat, laadunvarmistukset, koneistus, yms.)

2017 06 06 ms muotit

Sama muotti valmistettuna eri menetelmillä (vasemmalta ylhäältä): Polyjet, SLS, FDM, SLA

Tilaisuuden lopuksi Vesa esitteli erinomaisen esimerkkitapauksen Kärcheriltä, jossa yritys oli saanut kasvatettua tuotantokapasiteettinsa yhdelle koneelle 1496 kpl/vrk -> 2101 kpl/vrk 3D-tulostetun muotin avulla. Muotin jäähdytysaikaa oli saatu laskettua 22 sekunnista 10 sekuntiin joka mahdollisti jaksoajan nopeutumisen 52 sekunnista 37 sekuntiin.

2017 06 06 ms renishaw karcher pieni

Kyseessä on Renishawin sivuilta löytyvä case-esimerkki:

http://resources.renishaw.com/en/details/case-study-renishaw-conformal-cooling-solutions-prove-a-boost-to-moulding-productivity--93095

Huhtikuun Master’s Studio –yhteisötapaamisen aiheena oli 3D-tulostettujen kappaleiden jälkikäsittely

Masters’ Studio on 3D-tulostuksen toimijoiden, kehittäjien ja teknologiasta kiinnostuneiden aktiivinen yhteisö, jonka tavoitteena on etsiä ja kokeilla 3D-tulostukseen liittyviä tuoteinnovaatio- ja bisnesmahdollisuuksia, sekä virittää keskustelua toimijoiden välillä.

Tilaisuutta isännöi tuttuun tapaan Pekka Ketola, 3DStep Oy. Jälkikäsittelyistä oli kertomassa vierailevana puhujana Timo Hertell TH-Tools Oy:ltä.

Timo nosti esille kolme asiaa joihin tulisi kiinnittää huomiota kun suunnitellaan 3D-tulostettavia kappaleita metallista. Nämä asiat ovat:

  • lämpöjännitykset
  • tukirakenteet
  • koneistettavat pinnat ja kappaleen kiinnitys koneeseen

Lämpöjännitysten hallinta tulostusprosessissa on erittäin haastavaa, sillä huomioon otettava paitsi yksittäisen kappaleen geometria, myös siinä olevat tukirakenteet sekä tulostusprosessissa mahdollisesti olevat muut kappaleet.

Lämpökäsittely tapahtuu yleensä kolmessa vaiheessa: Ensin tehdään jännityksenpoistohehkutus vähentämään jäännösjännityksiä, sitten kuumaisostaattinen puristus (HIP) mikrohalkeamien & huokoisuuden poistoon ja lopuksi erkautuskarkaisu lujittamaan/homogenisoimaan materiaalia.

VTT on julkaissut välkky –hankkeessaan 3D-tulostettujen metallikappaleiden jälkikäsittelyyn liittyen tutustumisen arvoisen materiaalin ”AM-prosessin integrointi tuotantoon –metalliosien valmistuksen työvaiheet”. Materiaali löytyy osoitteesta: http://smacc.fi/projektit/valkky/

Tukirakenteet ovat yleensä metallin 3D-tulostuksessa välttämätön paha, mutta niiden poistaminen on työlästä, hidasta ja kallista. Suunnittelussa tulisi minimoida niiden määrä sekä pohtia mahdollisuutta integroida ne osaksi valmista kappaletta – jolloin niitä ei tarvitsisi lopullisesta kappaleesta edes poistaa.

3D-tulostuksen etuna mainostetaan usein sisäisiä rakenteita ja sitä, että kappale voidaan täyttää esimerkiksi kennorakenteella painon minimoimiseksi. Kappaleen ominaisuuksien kannalta tämä on totta, mutta esimerkiksi sisäiset kennorakenteet ovat haastava ominaisuus jälkikäsittelyille – jo alkuvaiheen lankasahaus irti tulostusalustasta voi olla ongelmallista.

Koneistuksen tarve riippuu toki aina kappaleen loppukäytöstä, mutta yleensä koneenosien valmistuksessa tarvitaan mittatarkkoja pintoja, eli koneistusta ainakin jonkin verran. 3D-tulostetun kappaleen kiinnitys koneistusta varten ei kuitenkaan ole itsestään selvää, ellei asiaa ole ajateltu jo suunnitteluvaiheessa. Ottamalla seuraava työvaihe huomioon jo osan suunnittelussa voidaan säästyä ylimääräiseltä työltä ja harmilta jälkikäsittelyvaiheessa.

Timo nosti myös esille huomionsa siitä, että 3D-tulostuslaitteistot eivät vielä tällä hetkellä hyödynnä koneistuspuolella jo laajasti käytössä olevaa nollapistekiinnitystä. Teknistä estettä menetelmän hyödyntämiselle ei välttämättä olisi, ja se voisi ratkaista jälkikäsittelyvaiheiden kiinnitysongelmia.

Esille nousi myös tulevaisuuden ongelmat – mitä multimateriaalitulostus tarkoittaa kappaleiden jälkikäsittelyille? Tässä vaiheessa ei vielä tietoa asiasta juuri ole, mutta ainakaan tilanne ei tule helpottumaan.

Timo Hertell TH-Toolsilta kertoi 3D-tulostettujen kappaleiden jälkikäsittelytarpeista

 

Maaliskuun ”Master's Studio” -yhteisötapaamisen aiheena oli komposiittikappaleiden lisäävä valmistus.

Masters’ Studio on 3D-tulostuksen toimijoiden, kehittäjien ja teknologiasta kiinnostuneiden aktiivinen yhteisö, jonka tavoitteena on etsiä ja kokeilla 3D-tulostukseen liittyviä tuoteinnovaatio- ja bisnesmahdollisuuksia, sekä virittää keskustelua toimijoiden välillä.

Tilaisuutta isännöi tuttuun tapaan Pekka Ketola, 3DStep Oy. Yrityksen asiantuntija Vijaikrishnan oli tehnyt katsauksen 3D-tulostettavista komposiittimateriaaleista ja käyttökohteista maailmassa.

Lisäksi paikalla oli vierailevana puhujana Christoffer Wester PLM Groupilta. PLM Group on jälleenmyyjä 3DSystems, DWS ja Markforged -laitevalmistajien 3D-tulostimille. Markforged valmistaa komposiitin valmistukseen soveltuvia, materiaalin pursotukseen (FFF, FDM) perustuvia 3D-tulostimia. Tilaisuudessa oli myös esillä Markforged ”The Mark Two” –laite joten siihen pääsi tutustumaan käytännössä.

artikkelikuva2 pieni

Kuva 1: Markforged Mark Two

Markforged tarjoaa komposiittitulostimiinsa kahta eri perusmateriaalia ja neljää erilaista kuitumateriaalia.

Toimintaprosessi on se, että perusmateriaali lisätään tulostusalustalle normaalin pursotusmenetelmän mukaisesti, jonka jälkeen lisätyn perusmateriaalin päälle/joukkoon lisätään kuitu omalla suuttimellaan.

Tarjolla olevat materiaalit:

- Perusmateriaalit ovat Nylon ja Onyx (joka on nylonpohjaista materiaalia joka pitää sisällään pieniä hiilikuitupätkiä).

- Kuitumateriaaleja puolestaan ovat hiilikutu, lasikuitu, HSHT lasikuitu (high strength, high temperature) sekä kevlar.

Laite vaikutti tukevarakenteiselta, ja siinä oli mielenkiintoisia, järkevän oloisia ratkaisuja, kuten ilmankosteudelta suojaava kotelo perusaineen filamentille ja magneettinen nollapistekiinnitys tulostusalustalle. Jälkimmäinen mahdollistaa tulostuksen keskeytyksen, alustan irrotuksen, osien lisäyksen tulostettavaan kappaleeseen, ja tulostuksen jatkamisen osien lisäyksen jälkeen.

artikkelikuva3 pieni

Kuva 2: Kuidut lisätään tulosteeseen oman suuttimen avulla.

Normaalista poiketen itse tulostusalusta ei ole lämmitettävä, sillä nylonpohjainen perusaine ei sitä tarvitse.

Markforged tarjoaa komposiitin valmistukseen kahta eri laitteistoa:

”The Mark Two”: hinta n. 13000 €, ”perusmalli”.

”Mark X”: hinta n. 70000 €. Kehittyneempi komposiittitulostin, johon on perusmallien ominaisuuksien lisäksi integroitu lasermittauslaitteisto, joka varmistaa tulostusprosessin aikana mittatarkkuudessa pysymisen. Pienet poikkeamat korjataan prosessissa automaattisesti, suurempien poikkeamien havaitseminen pysäyttää tulostuksen.

Mitä etua komposiittitulosteista sitten on perinteisiin perusmateriaaleihin verrattuna?

Pitkällä kuitulangalla voidaan saavuttaa merkittävästi paremmat materiaaliominaisuudet. PLM:n edustaja esitteli lujuusvertailuja eri materiaalien ja kuitujen kanssa mm. alumiinikappaleisiin verrattuna. Valitettavasti yleisen tason kuvaajia lukuun ottamatta varsinaisia julkaisuja materiaaliominaisuuksista ei ole saatavilla. Lujuusominaisuuksia tarkastellessa tulee myös muistaa, että kyseessä on kerroksellisuuteen perustuva lisäävän valmistuksen menetelmä joka aiheuttaa rajoituksia, jotka tulee huomioida mm. tulostussuuntaa valitessa.

Materiaalin hinnat ovat perusmateriaalille (onyx) 1.2 € / cm3, pelkkä nylon puolestaan 20% halvempi.

Kuitumateriaalin hinta on esim. hiilikuidulle 1.5 - 3 € / cm3.

Käyttökohteita ovat yleiseen tapaan mm. robottien tarttujat, jigit, ohjaimet ja muut aputyökalut. Myös lopputuotekäyttöä varaosien valmistukseen mainostettiin, sillä kappaleen tulostusjälki on laadukas. Mittatarkkojen piirteiden koneistuksessa on huomioitava kuitujen sijoitus suunnittelussa - esimerkiksi koneistettavien pintojen osalta kannattaa määritellä koneistusalueet pelkälle perusaineelle, jolloin kuidun tuomaa etua ei vaurioiteta.

artikkelikuva1 pieni

Kuva 3: Esimerkkituloste, jossa tulostuksen aikana kappaleeseen/kappaleen sisälle on lisätty osia.

Esityksessä myös mainittiin, että Markforgedilta on tulossa tämän vuoden syyskuussa myyntiin Metal X -laitteisto, jolla valmistetaan metallisia kappaleita. Kyseinen laitteisto perustuu pursottavaan menetelmään ja sintraukseen, eli metallijauhe on filamenttilangassa, ja tulostuksen jälkeen kappale sintrataan uunissa. Kutistuma on n. 20%, mutta tuloksena on täysin metallinen kappale. Hinta tulee olemaan 99500 €. Valitettavasti laitteistosta ei vielä ollut tarjolla syvällisempää tietoa.

 

3DStepin Vijaikrishnan esitteli katsauksessaan erilaisia käyttömateriaaleja ja käyttökohteita maailmalta:

SLA, nesteen fotopolymerisointiin perustuvat AM -menetelmät:

- resiinin seassa on timanttipartikkeleita, jotka tuovat kappaleelle paremmat lämmönjohtavuusominaisuudet. Käyttökohteina mm. edulliset lämmönvaihtimet.

 

FDM, pursottavaan menetelmään perustuvat AM-menetelmät:

- langan seassa 1-5% tungsten polykarbonaattia. Käyttökohde säteilysuojana.

- PCL + black carbon filler alueita. Mahdollistaa sähköä johtavien alueiden printtauksen kappaleisiin

- ABS + 50% BaTiO3. Mahdollistaa muokattavien huokoisten/läpäisyalueiden valmistuksen

- ABS + polyuretaani. Hiekkavalujen muottien valmistus tulostamalla ABS:stä ulkopinnat, ja täyttämällä muotit polyuretaanilla keston parantamiseksi.

 

Lisätietoja:

- http://www.3dstep.fi/yhteiso

- https://plmgroup.fi/tuotteet/3d-tulostus/3d-printers/desktop-3d-printers/markforged/

- https://markforged.com/mark-x/

LIVA (Lisäävä Valmistus Pohjois-Savossa) hankkeessa vierailtiin Formnext -tapahtumassa Frankfurtissa 15-18.11.2016.

Formnext on tällä hetkellä merkittävin pelkästään lisäävään valmistukseen liittyvä messu- ja seminaaritapahtuma maailmassa. Kysyntää pelkästään lisäävän valmistuksen tapahtumalle riittää ja alan kiivaasta kasvutahdista kertoo se, että tälle vuodelle sekä näytteilleasettajien määrä että messualueen koko kasvoivat. Näytteilleasettajia oli 307 ja messualueen koko 18702 m2. Kävijöitä messuilla oli reilu 13000, ja monet messuosastoista olivatkin hyvin ruuhkaisia.

Myös messujen yhteydessä pidetyn seminaarin osallistujamäärä moninkertaistui edelliseen vuoteen verrattuna.

Matkan aikan tehtiin ajankohtainen katsaus esillä olleiden näytteilleasettajien/valmistajien laitteisiin. Voit ladata laitteistokatsauksen täältä: <linkki, klikkaa tähän>

Lisäksi kirjoitettiin raportti seminaarin esityksistä, ajankohtaisista asioista ja esiin nousseista huomioista. Voit ladata raportin täältä:   <linkki, klikkaa tähän>

ALVO -hankkeen loppuraportti

Ainetta lisäävän valmistuksen TKI- ja oppimisympäristö (ALVO) 1.3.2015 - 31.5.2016

Raportissa kuvataan lisäävään valmistukseen (3D-tulostus) liittyvän ALVO-hankkeen toteutusta ja tuloksia. Hankkeessa on syntynyt sekä tässä raportissa että muissa hankkeen julkaisuissa esitetty suunnitelma ainetta lisäävän valmistuksen tutkimus- ja oppimisympäristöstä, joka toimii monialaisesti yhdistäen Savonian tekniikan, liiketalouden, muotoilun ja terveysalan osaajat. Lisäksi suunnitelmassa on esitetty toimintaympäristön liiketoimintamalli sekä tuloksia pedagogisten mallien kehittämisestä. Asiantuntemuksen keskittämisen lisäksi suunnitelmassa on otettu huomioon myös laitetarpeet ja ohjelmistot, jotta opetustoiminnan lisäksi alueen yritykset pystyvät hyötymään ympäristöstä mahdollisimman tehokkaasti. Raportissa on kuvattu myös tarvekartoitusten tuloksia, joita hyödynnetään lisäävään valmistukseen liittyvien investointitarpeiden suunnittelussa ja valmistelussa.

Raportti löytyy osoitteesta: <linkki, klikkaa tähän>

Savonian ALVO -hankkeessa toteutettu tilannekatsaus lisäävän valmistuksen käytöstä terveydenhuollon ja lääketieteen sovelluksissa on julkaistu. 

Voit lukea ja ladata julkaisun pdf-muodossa <täältä>

savonialogo
vipuvoimaa
kuopio logo
psliitto
eu