Metallien 3D-tulostus mahdollisuus ja haasteet. LUT School of Energy Systems Konetekniikan osaamisalue Lasertyöstön tutkimusryhmä

HTML
DOWNLOAD

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Metallien 3D-tulostus mahdollisuus ja haasteet. LUT School of Energy Systems Konetekniikan osaamisalue Lasertyöstön tutkimusryhmä"

Auvo Sala
9 vuotta sitten
Katselukertoja:

2 Metallien 3D-tulostus mahdollisuus ja haasteet LUT School of Energy Systems Konetekniikan osaamisalue Lasertyöstön tutkimusryhmä

3 Nämä kalvot on koostettu LUT Laserin (LUT) toimesta lisätietoja: Professori Antti Salminen

4 "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 Outotec, Lappeenranta, Tampere Lappeenranta, Imatra,

almost everything Barak Obama, President of USA Outotec, Lappeenranta,

5 Messukeskus, Lappeenranta, Tampere, Helsinki

6 Tutkimus voimakkaassa nousussa USA aikoo panostaa 30 miljoonaa dollaria yksistään uuden 3D-tulostustutkimuskeskuksen perustamiseen Youngstowniin Ohioon smartplanet.com Iso-Britanniana hallitus investoi 15 miljoonaa puntaa 3D-tulostusteollisuuteen ja alan tutkimukseen The Telegraph Messukeskus, Lappeenranta, Tampere, Helsinki

com Iso-Britanniana hallitus investoi 15 miljoonaa puntaa 3D-tulostusteollisuuteen ja alan

7 Tutkimus voimakkaassa nousussa Singaporen hallitus on ilmoittanut investoivansa seuraavan viiden vuoden aikana yli 500 miljoonaa dollaria tulevaisuuden valmistustekniikoiden, kuten 3Dtulostuksen, tutkimukseen säilyttääkseen kilpailukykynsä Kaakkois-Aasiassa engineering.com Kiina on ilmoittanut perustavansa kymmenen 3Dtulostustutkimuskeskusta kymmeneen Kiinan suurimpaan kaupunkiin 3D Printing Industry Today Messukeskus, Lappeenranta, Tampere, Helsinki

8 3D tulostuksen käyttö Tutkimuslaitokset 8,0% Arkkitehtuuri 3,0 % Valtio/ sotilas 6,0% Muut 5,3% Kuluttajatuotteet/ Elektroniikka 20,3% Teolliset koneet ja laitteet 10,8% Moottoriajoneuvot 19,5% Ilmailu 12,1% Lääketiede/ Hammaslääketiede 15,1% Wohlers 2013 Lappeenranta

Teolliset koneet ja laitteet 10,8% Moottoriajoneuvot 19,5% Ilmailu

9 3D tulostuksen sovellustavat Toiminnalliset osat: 28,1% Opetus ja tutkimus: 6,4% Muut: 1,3% Visuaaliset apuvälineet: 10,40% Esittelymallit: 9,50% Sovite ja kokoonpano: 17,5% Työkalut: 4,8% Valumuotit: 10,8% Työkaluvalmistuksen prototyypit:11,3% Lappeenranta Wohlers 2013

Esittelymallit: 9,50% Sovite ja kokoonpano: 17,5% Työkalut: 4,8%

10 Jauhepetisulatus, laser Skanneri Laser Jauheenlevitin, kaapa Osa Ylijäämäjauheen varasto Jauhevarasto Rakennusalusta, platta Lappeenranta

11 AM: jauhepeti prosessit 1. Jauheen levitys 2. Kerroksen sulatus 3. Rakennusalustan laskeminen 4. Jauheen levitys 5. Kerroksen sulatus Jauheen levitys Rakennusalustan laskeminen Lappeenranta

12 Osan valmistus 3D mallinnus Osan irrotus Mallin käsittely Lappeenranta

13 Sarjasuuruus Kustannukset Perinteinen tuotanto Digitaaliset valmistustekniikat, kuten 3D-tulostus Sarjasuuruus Fraunhofer

14 Sarjasuuruus Kustannukset Perinteinen tuotanto Digitaaliset valmistustekniikat, kuten 3D-tulostus Kappaleen paino Fraunhofer

15 Tuotteen monimutkaisuus Kustannukset Perinteinen tuotanto Digitaaliset valmistustekniikat, kuten 3D-tulostus Tuotteen monimutkaisuus Fraunhofer

16 Tämän hetkellä ajatellaan, että tuote valmistetaan materiaalia poistamalla tai liittämällään osia toisiinsa. Ajattelu pitäisi muuttaa niin että valmistus tapahtuu lisäämällä materiaalia, ominaisuuksia, Lappeenranta

Ajattelu pitäisi muuttaa niin että valmistus tapahtuu

17 3D tulostus sallii monimutkaisuuden Lappeenranta

18 Muodon optimointi Tämän hetkiset 3D suunnitteluohjelmistot asettavat muodon optimoinnille rajoitteita. Tarve uusille mm. luonnon rakennetta mimikoiville ratkaisuille! Muodon optimointi (eli ns. Topology optimization) on eräs mahdollisuus aikaansaada optimoituja rakenteita.

luonnon rakennetta mimikoiville ratkaisuille!

19 Rakenteen keventäminen Vaatimukset Rakenteen optimointi Tulosten tulkinta Bambun rakenne Uudelleen mallinnus FE-analyysi Painonsäästö Lopullinen design Perinteinen, Al7075 3D tuloste, TiAl6V4 337,5 g 250,0 g 26% Lappeenranta

FE-analyysi Painonsäästö Lopullinen design Perinteinen,

20 Rakenteen keventäminen

21 Rakenteen keventäminen

22 Enemmän ominaisuuksia

23 Enemmän ominaisuuksia

24 Lämmönvaihdin konsepti Optimoitu lämmönvaihdin: Laite, jossa toistetaan elementtejä voidaan muotoilla vapaasti Itsekantava, integroidut jäähdytinrivat ulkopinoissa Pisaranmuotoisen itsekantavat putket Turbulenssi generaattori jäähdytinputkien sisällä häiritsevät virtausta ja lämmönsiirron maksimoimiseksi Materiaali: EOS Alumiini AlSi10Mg Laite: EOSINT M 270 Rakennusaika: n. 85 h Lappeenranta

25 Jakotukki Yhdistää kaksi tulokanavaa yhdeksi lähtökanavaksi Alkuperäinen rakenne: Umpiaine neljällä poratulla reiällä Edestä Päältä Lappeenranta

26 Ristikkorakenteinen jakotukki AM rakenne: Ristikkorakenne FEM optimoitu rakenne kannattaa optimoituja virtauskanavia Lappeenranta

27 Turvavyön solki, 1 Perinteinen terässolki painaa 155 g Uuden soljen suunnittelussa säilytetään rakenne niin, että tulokset ovat vertailukelpoisia Tavoite oli kehittää solki jos kestää minimimassalla kohtuulliset kuormitushuiput Uusi solki optimoitiin AM:lle Osa aseteltiin niin, että tukirakenteiden määrä minimoitui Solki ja vastakappale tehtiin samalla kertaa Lappeenranta

28 Turvavyön solki, 2 Uusi titaanisolki painaa 70 g, eli 85 g (55%) vähemmän kuin alkuperäinen Airbus A380, 853 istuinta: painonsäästö 72,5 kg Lentokoneen elinikänä säästyy 3,3 miljoonaa litraa polttoainetta Solkien valmistus maksaa n ja säästää yli 2 M Lappeenranta

29 Suodatustekniikan sovellukset Suodatustekniikassa suodattimen paine-ero virtausten välillä määrittelee tarvittavan syöttötehon. Virtauksen vaihtelu aiheuttaa suodattimeen vastuksen kasvamista eli suodatustehokkuus huononee. Tällöin syöttöä pitää lisätä eli pumppaustehokkuutta nostaa. Esim. 13% Iso-Britannian teollisuuden tarvitsemasta sähköstä kuluu juuri pumppaukseen. Vuonna 2007 tämä oli rahassa 728 Perforated miljoona puntaa. Mesh filter plate Tämä luku on myös 6% Iso-Britannian hiilijalanjäljestä. Filter support

30 Suodatustekniikan sovellukset

31 Suodatustekniikan sovellukset

32 Suodatustekniikan sovellukset

33 Suodatustekniikan sovellukset

34 Mahdollisuudet Mikä hidastaa 3D-tulostuksen soveltamista? Laitteiden suuri hankintahinta Käytön haasteet Tiedon puute, uuden tekniikan vierastaminen Mahdollisuudet: Kohteet, joissa painonsäästö tai geometrian vapaa suunnittelu on selvä etu Prosessiteollisuuden komponentit Alan suunnitteluosaaminen Suomeen

35 Lappeenrannan teknillinen yliopisto Lasertyöstön laboratorio Lisätietoja: Tutkimusryhmän johtaja, professori Antti Salminen, TkT, p

Samankaltaiset tiedostot

3D-tulostus teollisena valmistusmenetelmänä. Konepajamiesten seminaari Messukeskus, 8.5.2014 Pentti Eklund VTT

3D-tulostus teollisena valmistusmenetelmänä Konepajamiesten seminaari Messukeskus, 8.5.2014 Pentti Eklund VTT 2 "3D printing is worth my time, attention, money and effort" Jeffrey Immelt CEO, GE "3D printing