Upload
kimmo-haapea
View
277
Download
6
Embed Size (px)
DESCRIPTION
LUT:n Tuomas Purtonen kertoi IIoT ja 3D-tulostusseminaarissa 16.6. metallien 3D-tulostuksesta. Tässä esitysmateriaali.
Citation preview
Esityksen sisältö
− Yleiskatsaus metallien 3D-tulostukseen
− Menetelmät ja materiaalit − Sovelluskohteet − Mahdollisuudet
3D-tulostuksesta yleisesti
− Yleinen käsitys 3D-tulostuksesta: − ”3D-tulostus on helppoa ja hauskaa” − Voidaan tulostaa mitä tahansa muotoja 3D-mallin
pohjalta − Tämä pätee vain joillakin tulostusprosesseilla − Metallien tulostuksessa on huomattavasti enemmän
rajoitteita
Metallien 3D-tulostus
− Ei pelkkää prototyyppien tekoa − Near net shape –kappaleiden teko
− Tulostetun kappaleen mitat lähellä lopullisen kappaleen mittoja, tai lopullisen kappaleen mitoissa
− Paljon erilaisia tekniikoita − Monet tekniikoista hyödyntävät lasersädettä
lämmöntuonnissa − Metallien 3D-tulostus ei tule korvaamaan perinteisiä
valmistusmenetelmiä, vaan tulee niiden rinnalle
3D tulostusmenetelmät
− Menetelmät voidaan jakaa 7 eri kategoriaan − Pursotusmenetelmät − Kohdennettu sulatus − Sideaineen suihkutus − Materiaalin suihkutus − Jauhepetisulatus − Arkkilaminointi − Allasvalokovetus
Jauhepetisulatus
− Kappale valmistetaan tyypillisesti 0,02-0,05 mm paksuisista kerroksista
− Yleisimmin käytetty prosessi metallien tulostuksessa
Kohdennettu sulatus
− Materiaalia sulatetaan kohdennetun lämpöenergian avulla
− Materiaalit: − Jauhe, lanka, nauha jne.
− Kohdennettu lämpöenergia − Laser, elektronisuihku, plasma, valokaari
− Jauhepetisulatusta epätarkempi ja rajoittuneempi, mutta tuottavampi
Metallien 3D-tulostus Laatu − Laatu/tulostettavien kappaleiden maksimikoko vaihtelee
prosessista riippuen − Mittatarkkuus − Pinnankarheus − Materiaaliominaisuudet
− Tietyillä prosesseilla päästään useissa sovelluskohteissa hyvin lähelle haluttuja mittoja, tai jopa lopullisiin mittoihin
Metallien 3D-tulostus Tulostusnopeus − Tulostusnopeus vaihtelee riippuen prosessista,
materiaalista ja halutusta tarkkuudesta − Tarkat prosessit 3-20 cm3/h − Vähemmän tarkat jopa 4000 cm3/h − Vertailun vuoksi: MAG-hitsaus 1.2 mm umpilangalla
noin 500 cm3/h
3D-tulostettavat metallit
− Jauhepetisulatus − Alumiineja, titaaneja, teräksiä jne. − Periaatteessa kaikki metallit, mitkä saadaan sopivaksi
jauheeksi − Tiettyjä rajoitteita
− Valmiin kappaleen materiaali: − On huokoseton − Mekaaniset ominaisuudet ovat standardin mukaisia − Materiaalia voidaan hitsata, koneistaa tai työstää muuten
samalla tavoin kuin metalleja yleensä − Huom! On olemassa myös metallien
tulostusmenetelmiä, joissa lopputuotteen laatu on heikko!
Tukirakenteet jauhepetisulatuksessa
− Jauhepetisulatuksella valmistetut metalliset kappaleet vaativat tukirakenteita
− Näiden suunnitteluun on erikoisohjelmia
− Tukirakenteet tasaavat lämpökuormia kappaleessa
Rakenteiden optimointi Lentokoneteollisuus − Sarana
− Alun perin koneistettu valuteräsaihiosta
− Uusi kappale tulostettu titaanista
− Painonsäästöä 63 % − Suutin
− Alun perin 21 osaa − Valmistusaika 6 2
vkoa − Kustannukset -50 % − Massa -40 %
Kuluttajatuotteet
− Silmälasinkehykset − Korkokengän korko − Polkupyörän rungon osat − Koruteollisuus − jne.
Perinteinen valmistus vs. 3D-tulostus Putkihaara − Perinteisesti tietyissä koneenosissa
käytetyt osat valmistetaan koneistamalla ne massiivisista aihioista
− Käytännössä kanavan geometrian muodostavat suorat reiät, joita tarvittaessa tulpataan − Muodot eivät ole millään tapaa
virtausopillisesti optimoituja − Perinteiset työstömenetelmät rajoittavat
kanavageometriaa − 3D-tulostuksella tuote voidaan valmistaa
hyvin vapaan suunnittelun perusteella
Perinteinen valmistus vs. 3D-tulostus Putkihaara
Tulpat
3D-tulostus Perinteinen valmistus lastuamalla
Perinteinen valmistus vs. 3D-tulostus Putkihaara − Etuja:
− Parempi virtaus, vähemmän energiahäviöitä − Materiaalin- ja painonsäästö
Miksi 3D-tulostus?
Perinteinen valmistus
1400 kg 12-18 kk toim. aika
1330 kg 6 vk koneistusaika
70 kg 6 vko + 12-18 kk
3D-tulostus
45 kg Hyllytavara
50 kg Hyllytavara
70 kg 3 vko + 0 kk
2 vko Tulostus
25 kg, 1 vko koneistus
− Hydrauliikan komponentti
Miksi 3D-tulostus? Esimerkki maailmalta
Perinteinen valmistus 20 kg
3D-tulostus 0,95 kg
LUT / KYAMK Case Potkuri − EOS M-sarjan jauhepetisulatuslaite − Tulostusaika 41 tuntia − Tulostetun mallin tilavuus 51 cm3
− Tukirakenteen tilavuus 114 cm3
− Tulostusnopeus 4 cm3/h − Rakenteita ei optimoitu 3D-tulostukseen
Kustannukset
− Laite: − 250x250x250 työalueella oleva jauhepetilaite 400 t€
− Materiaali: − 316L jauhe 40-100 €/kg
− Tulevaisuudessa laitekustannuksen osuus pienenee Lindemann SFF Symposium 2013
Mahdollisuudet
− Mikä hidastaa metallien 3D-tulostuksen soveltamista? − Laitteiden hankintahinta − Käytön haasteet − Tiedon puute, uuden tekniikan
vierastaminen − Mahdollisuudet:
− Kohteet, joissa painonsäästö tai geometrian vapaa suunnittelu on selvä etu
− Prosessiteollisuuden komponentit − Alan suunnitteluosaaminen Suomeen