Sähköurakoitsijapäivät, 3D-tulostus voi muuttaa maailmaa Jouni Partanen Aalto-yliopisto

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Sähköurakoitsijapäivät, 3D-tulostus voi muuttaa maailmaa Jouni Partanen Aalto-yliopisto"

Maija-Liisa Hänninen
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Sähköurakoitsijapäivät, Tampere, 11/2014 3D-tulostus voi muuttaa maailmaa Jouni Partanen Aalto-yliopisto

2 Lääketieteen sovellutukset Kirurkinen suunnittelu Kirurkinen inertti implantti Salmi M et al., Patient specific reconstruction with 3D modeling and DMLS additive manufacturing. Rapid Prototyping Journal, 18: , 2012.

3 "3D printing is worth my time, attention, money and effort" Jeffrey Immelt CEO, GE "3D printing has the potential to revolutionize the way we make almost everything Barak Obama, President of USA 3

3D-tulostus tuotantomentelmänä (10 20 vuoden näkymä) Tällä hetkellä 3D-tulostus vain pieni osa maailman tuotantoa Maailman laajuinen tuoteprosessi Paikallinen tuotanto Nopea, taloudellinen tuotteen

4 3D-tulostus tuotantomentelmänä (10 20 vuoden näkymä) Tällä hetkellä 3D-tulostus vain pieni osa maailman tuotantoa Maailman laajuinen tuoteprosessi Paikallinen tuotanto Nopea, taloudellinen tuotteen kehitys Obaman 2013 State of the Union -puhe: Tuotanto USA:han on palaamassa; modernit tuotanmenelmät potentiaali, johon kannattaa investoida Mahdollisuudet Suomessa: Tuotekehitys: Läheinen yhteistyö yritysten kanssa Tuotanto: Uudet businessmallit

5 resilience-economics.com

6 AM ja Hype käyrä

7 3D-tulostus yrityskäyttöön Pikamallinnus (Rapid Prototyping) Laajasti käytössä ympäri maailman Hyöty muulle yritystoiminnalle Lähes hypekäyrän tasangolla Pikavalmistus (Additive Manufacturing) > 30 % vuosittainen kasvu

8 Toimintakeskeinen suunnittelu Design for function

9 Lentokoneteollisuus: Boeing

10 Uusia mahdollisuuksia Rakenteen optimointi 3D-tulostuksessa monimutkaiset kappaleet valmistuvat yhtä helposti kuin yksinkertaiset complexity comes for free

Sovellusesimerkki Polttoainejärjestelmän ruiskutussuutin - Swirler Erittäin monimutkainen rakenne tehty kertatulostuksella Suuri ero suunnittelu- ja valmistusvaiheessa verrattuna perinteisiin

11 Sovellusesimerkki Polttoainejärjestelmän ruiskutussuutin - Swirler Erittäin monimutkainen rakenne tehty kertatulostuksella Suuri ero suunnittelu- ja valmistusvaiheessa verrattuna perinteisiin valmistustekniikoihin (2 viikkoa vs. 6 viikkoa) Merkittävä kustannussäästö Perinteisellä tekniikalla valmistetussa kappaleessa 24 osaa, jotka juotetaan kiinni Ei juotoksia, valmistus yhdessä työvaiheessa Enemmän toimintoja kuin alkuperäisessä rakenteessa (Materiaali: EOS CobaltChrome MP1) Ohutlevypäivät, Hämeenlinna,

12 Todellisia tuotteita GE ja Snecma ovat kehittäneet uuden sukupolven energiatehokkaita suihkumoottoreita 3D-tulostuksen avulla. 3D-tulostus on mahdollistanut rakenteiden ajattelemisen täysin uudella tavalla. 3D Printing Industry Today

13 Monimutkaiset rakenteet Monimutkaiset rakenteet voidaan valmistaa yhdellä ohjelmalla yhdellä printillä Toiminnallisia tuotteita voidaan tehdä yhdellä printillä Kuvassa puhallin 13

14 Koruteollisuus: Kalevala Koru Vahamallien 3D-tulostin tuotannossa tarkkuusvalulla valmistettavien tuotteiden aihioina

15 Sovellutukset hammaslääketieteessä Näkymättömät oikomisraudat

16 Align Technologies

17 Nopeasti tuotantoon ja markkinoille courtesy of Universal Robots J. P. Partanen, et al., Toolless Layer-Wise Production Methods: Adaptable and Fast Way to Customer, Annals of DAAAM for 2010 Katalinic, B. (Ed.), pp , DAAAM International, Vienna (2010).

18 Varaosien valmistusketju

19 Varaosatuotanto: 3D Tech Oy Vibrafonin kiinnikevaraosa ei ollut enää saatavilla Uudelleen suunnittelu ja tuotanto 3Dtulostimella

20 HP entering the market Planned commercial release

21 3D-tulostus kappaleet tehdään viipaleista Pinoamalle 2D-viipaleita voidaan tehdä kaikki 3Dkappaleet Konseptuaalisesti yksinkertainen prosessi toimii hyvin automaationa

22 3D-tulostusteknologia Stereolitografia Valolla kovettuva hartsi Lasersäde ohjataan kontrolloidulla peilillä piirtämään ja kovettamaan yksi viipale kappaleesta Kappale menee alaspäin viipaleen paksuuden Uusi kerros hartsia levitetään

23 AM (3D Printing) The process of joining materials to make objects from 3D model data, usually layer upon layer, as opposed to subtractive manufacturing methodologies AM-liiketoiminnan arvo globaalisti oli 2.2 miljardia dollaria vuonna 2012 AM:stä hyötyvät teolliset toimialat (Wohlers 2013) Kuluttajatuotteet / elektroniikka 21.8 % Moottoriajoneuvot 18.6 % Lääketiede / hammaslääketiede 16.4 % Teollisuuden ja liike-elämän koneet 13.4 %

AM:n ominaispiirteet Ei Design for Manufacturing vaan Manufacturing for Design Kevyemmät rakenteet Parempi suorituskyky Paikallinen valmistus

24 AM:n ominaispiirteet Ei Design for Manufacturing vaan Manufacturing for Design Kevyemmät rakenteet Parempi suorituskyky Paikallinen valmistus Kustomoidut tuotteet ja lyhyet sarjat Monimutkaiset rakenteet mahdollisia Helpompi markkinoille tulo Vähemmän jätettä Yksinkertaisempi arvoverkko Varaosat

25 AM-menetelmät Vat Photopolymerisation/(nesteen fotopolymerisointi) Powder Bed Fusion/(jauhepetimenetelmä) Directed Energy Deposition/(suorakerrostus) Material Jetting/(materiaaliruiskutus) Binder Jetting/(sideaineruiskutus) Material Extrusion/(materiaalin pursotus) Sheet lamination/(laminointi) 11/21/

26 Vat Photopolymerisation 11/21/

27 Vat Photopolymerisation Altaassa olevaa liuosmaista polymeeria kovetetaan valolla Yleisin menetelmä stereolitografia (SLA) Kaupalliset laitteet 50 k k Suurimmat altaat 1500x750x550 mm Käytetään yleensä tarkkojen prototyyppien tekoon Lietteestä voidaan valmistaa myös keraamisia komponentteja 11/21/

28 Powder Bed Fusion 11/21/

29 Powder Bed Fusion Jauheen sintraus kerroksittain joko laserilla tai elektronisuihkulla Sekä metalleille että polymeereille Runsaasti teollisia sovelluksia ja valmistajia etenkin metallipuolella EOS, SLM Solutions, ConceptLaser, Renishaw, Koneiden hinnat 150 k - 1 M + Valmistusnopeudet cm 3 /h Suurimmat kammiokoot 630 x 400 x 500 mm Metallisten tuotteiden lujuudet vastaavat taottua materiaalia 11/21/

30 Directed Energy Deposition 11/21/

31 Directed Energy Deposition Metallituotteiden tulostukseen Syötetään jauhetta tai lankaa Ei yhtä tarkka kuin jauhepetimenetelmä Käytetään erityisesti korjauksiin Suurimmat kammiokoot 900x1500x900 mm Laitehinnat 500 k - 2 M + 11/21/

32 Material Jetting

33 Material Jetting Pääasiassa fotopolymeerien ja vahan tulostukseen Ruiskutetaan materiaalipisaroita Eri valmistajia Yli sata erilaista materiaalia saatavilla Käytössä voi olla monta suutinta Monimateriaaliratkaisut mahdollisia Suurimmat kammiot 1000 x 800 x 500 mm Hinnat 30 k k 11/21/

34 Binder Jetting 11/21/

35 Binder Jetting Ruiskutetaan sideainetta, joka liittää jauhekerrokset yhteen toivotulla tavalla Metallit, polymeerit, keraamit Lukuisia valmistajia ja menetelmiä Zcorp, Voxeljet, ExOne, Hiekkamuotteja 4000 x 2000 x 1000 mm 3 Hinnat 30 k - 1 M + 11/21/

36 Material Extrusion 11/21/

37 Material Extrusion Materiaalia, yleensä polymeeria, pursotetaan suuttimen läpi Tukimateriaali poistetaan esim. liuottamalla Perustuu Stratasysin FDM-koneisiin, joiden patentit ovat menneet umpeen Markkinoilla lukemattomia valmistajia Hintaluokat Alle 1 k - 2 k 10 k k 11/21/

38 Sheet lamination

39 Sheet lamination Materiaalilevyjä liitetään toisiinsa Paperi (LOM): hinnat alle 30 k Liima Muovi: hinnat alle 10 k Lämpö tai liima Metalli: hinnat 200 k - 2 M Hitsaus, pultit Ultraääni

Kappaleiden koko Valmistettavien kappaleiden maksimikoko riippuu rakennuskammion koosta Suurimmat valmistettavissa olevat kappaleet ovat teollisuudessa tyypillisesti

40 Kappaleiden koko Valmistettavien kappaleiden maksimikoko riippuu rakennuskammion koosta Suurimmat valmistettavissa olevat kappaleet ovat teollisuudessa tyypillisesti käytettävillä AM-laitteilla seuraavaa kokoluokkaa: Pienet koneet 250 x 250 x 200 mm 3 Isot koneet 1500 x 900 x 900 mm 3 Muottien valmistus 4000 x 2000 x 1000 mm 3 40

41 Tutkimus voimakkaassa nousussa USA aikoo panostaa 30 miljoonaa dollaria yksistään uuden 3Dtulostustutkimuskeskuksen perustamiseen Youngstowniin Ohioon smartplanet.com Iso-Britanniana hallitus investoi 15 miljoonaa puntaa 3Dtulostusteollisuuteen ja alan tutkimukseen The Telegraph Kiina on ilmoittanut perustavansa 3Dtulostustutkimuskeskuksen kymmeneen Kiinan suurimpaan kaupunkiin 3D Printing Industry Today Singaporen hallitus on ilmoittanut investoivansa seuraavan viiden vuoden aikana yli 500 miljoonaa dollaria tulevaisuuden valmistustekniikoiden, kuten 3D-tulostuksen, tutkimukseen säilyttääkseen kilpailukykynsä Koillis-Aasiassa engineering.com 41

42 Tutkimus Microstereolitografia ADDLAB, design driven technology Tissue engineering Elävien solujen tulostus

43 AM Auton osia vuonna 2010

44 Final Vision?

45 Kiitos! Jouni Partanen Aalto University Dept of Engineering Design and Production

Samankaltaiset tiedostot

Materiaalia lisäävä valmistus (AM) ja 3D-tulostus

Materiaalia lisäävä valmistus (AM) ja 3D-tulostus Tietotekniikan ja Elektroniikan Seuran kokous 13.2.2014 Pasi Puukko, Pentti Eklund, Hannu Linna VTT 2 "3D printing is worth my time, attention, money and