Metallien 3D-tulostus Tilanne ja kehitysnäkymät Itä-Suomen Teollisuusfoorumi Joensuu,

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Metallien 3D-tulostus Tilanne ja kehitysnäkymät Itä-Suomen Teollisuusfoorumi Joensuu,"

Tapio Risto Alanen
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Metallien 3D-tulostus Tilanne ja kehitysnäkymät Itä-Suomen Teollisuusfoorumi Joensuu, Tuomas Purtonen

2 Sisältö Metallien 3D-tulostus Tulostuslaitteet ja tulostuksen hinta Kehityssuuntia Layermetal Additive Industries/AddLab Metal AM Magazine 2/2015

3 Metallien 3D-tulostus

4 3D-tulostus metalliosan valmistuksessa Epäsuorat menetelmät Tulostusmateriaali ei ole metalli Tulostetta käytetään apuna metallisen osan valmistuksessa Esim. valumallit, muotit, keernat Suorat menetelmät Kappale tulostetaan suoraan metallista Metal AM Magazine 2/2015

5 Metallien 3D-tulostustekniikat Neljä tekniikkaa Jauhepetisulatus Suorakerrostus Sideaineen suihkutus Laminointimenetelmät Hybriditekniikat, joissa lastuava työstö yhdistetty tulostukseen

6 Jauhepetisulatus Yleisin metallien 3D-tulostusmenetelmä Rakennusmateriaalina metallijauhe Laser (tai EB) sulattaa ohuen jauhekerroksen viipaloidun 3D-mallin mukaan Tunnetaan nimillä Selective Laser Melting, SLM Direct Metal Laser Sintering, DMLS (EOS) Laser Cusing (Concept Laser) Laser Metal Fusion (Trumpf) Direct Metal Printing, DMP (3D Systems)

7 Miksi 3D-tulostus? 3D-tulostusta ei pidä ajatella vain vaihtoehtoisena valmistusmenetelmänä metallikappaleille Lopputuotteen ominaisuuksien parantaminen Tuotteen toiminnallisuuden parantaminen: Painonsäästö, optimoidut virtauskanavat, toimintojen yhdistäminen Valmistuskustannuksien pienentäminen Kokoonpanojen yhdistäminen yhdeksi komponentiksi Komponenttien fyysisen koon pienentäminen 3D-tulostettavaksi hyvin soveltuvia tuotteita on rajallisesti Monessa tapauksessa perinteinen valmistusmenetelmä on tehokkaampi ja taloudellisempi

8 Kokoonpanojen yhdistäminen yhteen osaan Polttoainesuutin Perinteinen valmistustekniikka Osien lukumäärä 24 Koneistetut osat, kokoonpano juottaen Valmistusaika 6 viikkoa 3D-tulostus Tuotteen parempi toimivuus 1 osa Valmistusaika 2 viikkoa

9 Esimerkkikappale Hydraulic block (Hydrauvision) Alkuperäinen koneistettu kappale: 19.2 kg / 210 x 210 x 70 mm 3D-tulostettu kappale: 0,74 kg / 85 x 85 x 38 mm Painehäviöt pienenevät jopa yli 90 %

10 3D-tulostus ja tulostetut kappaleet Kappaleiden koko on rajallinen Tulostuslaitteiden työtilavuus on pienehkö, esim. 125x125x75 mm, (suurin markkinoilla oleva kone 800x400x500 mm) Tulostusnopeudet 5 25 cm 3 /h (jopa 100 cm 3 /h asti) Tulostettu metalli on huokosetonta (>99.5 % tiiveys) ja mekaaniset ominaisuudet vastaavat perinteisillä valmistusmenetelmillä tuotettuja kappaleita 3D-tulostettavia metalleja on rajallisesti Esim , AW-4046, Ti6Al4V, Inconel 625 ja 718 Uusia materiaaleja kehitetään jatkuvasti

11 3D-tulostuksen soveltaminen 3D-tulostamisen soveltaminen on järkevää jos: Kappaleen ylimääräinen massa ei paranna lopputuotteen ominaisuuksia Tulostuksen tehostamiseksi pyritään kappaleen tilavuus (massa) minimoimaan Massiivisia rakenteita ei ole järkevää tehdä Lämmönsiirto/virtausominaisuuksien parantamisesta on hyötyä Kanavia yms. pystytään muotoilemaan melko vapaasti Kappaleen fyysisen koon pienentämiselle ei ole estettä Yhtään kuutiosenttimetriä ylimääräistä materiaalia ei kannata tulostaa

12 Tulostuslaitteet ja tulostuksen hinta

Esimerkkikappaleet Suutin Ruostumaton teräs 1.4404 37x37x52 mm, 10 cm 3, 81 g 60-300 Muotti-insertti Alumiini AlSi10Mg 80x120x30 mm, 35 cm 3, 95 g n.

13 Esimerkkikappaleet Suutin Ruostumaton teräs x37x52 mm, 10 cm 3, 81 g Muotti-insertti Alumiini AlSi10Mg 80x120x30 mm, 35 cm 3, 95 g n. 500 Kustannukset Laite Materiaali Käyttö Muut Poprawe, R., Hinke, C., Meiners, W., Schrage, J., Bremen, S. and Merkt, S., SLM Production Systems: Recent Developments in Process Development, Machine Concepts and Component Design. In Advances in Production Technology (pp ). Springer International Publishing.

14 Järjestelmien jaottelu/hinnoittelu Entry level n. 200 t noin 125 x 125 mm työala tai pienempi 100+ W laser Medium n. 500 t noin 250x250 mm työala tai pienempi 200+ W laser Large n t Selvästi yli 250x250 mm kokoinen työala Useita tehokkaampia lasereita

15 Tarvittavat laitteet Tehokas tietokone 3D-suunnitteluun ja mallien esikäsittelyyn sekä ohjelmat SLM-järjestelmä Tulostetun kappaleen jälkikäsittely Lämpökäsittelyuuni, raepuhallus, saha, koneistus ym. valmiudet Jauheen käsittely Siivilöinti, imurointi ja säilytys Turvallisuus Henkilökohtaiset suojavarusteet, sammutuskalusto jne. (Laadunvarmistus) 3D-mittalaite, metallografia, aineenkoetus

16 Kehityssuuntia

17 Kappalekoon kasvattaminen AeroSud Aeroswift 2000 x 600 x 600 mm 250 cm 3 /h 5 kw laser Titaani, Inconel jne. Kehitteillä vuodesta 2012 lähtien Ensimmäiset tulostukset 2016?

18 Tulostusnopeuden lisääminen Kerrospaksuuden ja lasertehon kasvattaminen Kerrospaksuuden kasvattaminen heikentää tarkkuutta Skin - Core tekniikka Lasersäteiden määrän lisääminen Poprawe, R., Hinke, C., Meiners, W., Schrage, J., Bremen, S. and Merkt, S., SLM Production Systems: Recent Developments in Process Development, Machine Concepts and Component Design. In Advances in Production Technology (pp ). Springer International Publishing.

19 Laadunhallinta SLM-prosessin herkkyys mm. jauheen laatuvaihteluille voi johtaa erilaisiin virheisiin: Huokoset, halkeamat Kerroksien irtoaminen Muodonmuutokset Virheitä voidaan osittain ehkäistä: Oikealla parametrivalinnalla ja suunnittelulla Prosessin monitoroinnilla ja säädöllä Prosessin simuloinnilla

20 Laadunhallinta Simulointi ym. esiprosessointi Simuloidaan SLM-prosessin läpimeno ennen oikeaa valmistusta Kappaleen geometrian, tukirakenteiden ja prosessin optimointi Monitorointi Valmistuksen aikaiset mittaukset: Jauhekerroksen peittävyyden arviointi Sulan muoto

21 Automatisointiasteen parantaminen Jauheenkäsittelyn automatisointi SLM Solutions PSX 500 Automatisoitu jauheenkäsittely Jälkikäsittelyjen integrointi Additive Industries MetalFAB1 Integroitu lämpökäsittely

22 Layermetal

23 Layermetal Paljon kokemusta metallisten 3D-tulostettujen kappaleiden tuotesuunnittelusta, 3D-mallinnuksesta ja 3D-tulostuslaitteistojen käytöstä Hyvät kontaktit laitevalmistajiin ja tutkimuslaitoksiin Ota yhteyttä: Tuomas Purtonen

Samankaltaiset tiedostot

Metallin lisäävän valmistuksen näkymiä

Metallin lisäävän valmistuksen näkymiä Esityksen sisältö 3D-tulostuksesta yleisesti Yleinen käsitys 3D-tulostuksesta: 3D-tulostus on helppoa ja hauskaa Voidaan tulostaa mitä tahansa muotoja 3D-mallin pohjalta