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

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

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

Olavi Tikkanen
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 3D-tulostus teollisena valmistusmenetelmänä Konepajamiesten seminaari Messukeskus, Pentti Eklund VTT

2 2 "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 3 resilience-economics.com

4 4 AM and Hype Curve

5 5 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

6 6 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 %

7 7 Käyttökohteet Prototyyppien teko (Rapid Prototyping) Lähtökohta Tuotekehityksen nopeuttajana ja tukena Työvälineiden teko (Rapid Tooling) Kiinnittimet Muotit Jäähdytyksen tehostaminen Lyhyen sarjan muotit Lopputuotteiden valmistaminen (Rapid Manufacturing) Nopeimmin kasvava sektori

8 8 AM-menetelmät Jouni Partasen esitelmä Powder Bed Fusion/(jauhepetimenetelmä) Directed Energy Deposition/(suorakerrostus) Material Jetting/(materiaaliruiskutus) Binder Jetting/(sideaineruiskutus) Material Extrusion/(materiaalin pursotus) Vat Polymerisation/(nesteen polymerisointi) Sheet lamination/(laminointi)

9 9 AM:n ominaispiirteitä 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 Metallikomponenttien ominaisuudet vastaavat taottujen tuotteiden ominaisuuksia ja ovat jälkikäsiteltävissä normaaliin tapaan Yksinkertaisempi arvoverkko Varaosat

10 10 Teollisen tuotannon näköaloja Bitti kulkee halvemmalla kuin fyysinen tuote Osa tuotannosta jatkunee kuten ennenkin, mutta osa tulee muuttumaan radikaalisti lähivuosien aikana Suunnittelun osuus ja merkitys kasvaa Itse valmistus maksaa kaikkialla yhtä paljon Jokainen kappale maksaa yhtä paljon: ei suuruuden ekonomiaa Jättimäisten maailman tehtaiden merkitys vähenee Hajautettu paikallinen tuotanto markkinoiden lähellä Suurimmat tehtaat edelleen Kiinassa, mutta esim. Suomen markkinoille tuotetaan Suomessa Kuinka paikallista tuotanto tulee olemaan? Raaka-aineiden valmistus ja kuljetus? Paikallisten logistiikkapalvelujen merkitys tulee kasvamaan Muuttuuko osa varastoista 3D-tulostustehtaiksi?

11 11 AM:n tarpeita ja haasteita Tarve isojen kappaleiden valmistamiseen Käytössä olevilla raaka-aineilla ei pystytä vastaamaan kaikkiin asiakastoiveisiin Materiaalien hinta Valmistusnopeus Siirtyminen kokonaan digitaaliseen prosessiin aiheuttaa haasteita osaamisen ja toimintamallien suhteen Siirtyminen AM:n käytössä prototyyppien valmistuksesta tuotantosovelluksiin ja menetelmän integrointi tuotantoon Tuotteiden jälkikäsittelyvaatimukset Suunnitteluohjelmistot eivät tue AM:n täysimittaista hyödyntämistä Source of pictures: Aalto

12 12 Kappaleiden koko Valmistettavien kappaleiden maksimikoko riippuu rakennuskammion koosta Suurimmat valmistettavissa olevat metallikappaleet ovat teollisuudessa tyypillisesti käytettävillä AM-laitteilla seuraavaa kokoluokkaa: Pienet koneet 250 x 250 x 200 mm3 Isot koneet 1500 x 900 x 900 mm3 Muottien valmistus 4000 x 2000 x 1000 mm3 Source of pictures: Aalto

13 13 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 funktioita kuin alkuperäisessä rakenteessa (Materiaali: EOS CobaltChrome MP1) Ohutlevypäivät, Hämeenlinna,

14 14 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

15 15 Monimutkaiset rakenteet Monimutkaiset rakenteet voidaan valmistaa yhdellä ohjelmalla yhdellä printillä Toiminnallisia tuotteita voidaan tehdä yhdellä printillä Kuvassa puhallin

16 16 Rakenteen optimointi Materiaalin optimaalinen käyttö eri kohteissa Kantavat rakenteet ja massiivisten rakenteiden sisäosat: Vähemmät sulatettavaa Kuormitustilan mukainen optimaalinen rakenne Optimointiohjelmistot

17 17 Toiminnallisuuden lisääminen AM-tuotteisiin Älykkäät siivet miehittämättömälle ilma-alukselle (UAV) Siivet valmistettu AM:llä Painettua elektroniikkaa Venymäliuska RF antenni Johdotus potkurille ja LED:lle Source: Optomec

18 18 Varaosien valmistusketju

19 19 Tilanne Suomessa Muovitulostimia on teollisuudessa sekä palvelun tarjoajilla Lähinnä tuotekehityksen tukena Kalevala Koru Vahamallit Hetitec Valumuotit Kaupallisia metallitulostimia ei (vielä) ole Palveluja tarjoavat VTT ja LUT Tällä hetkellä rajoitettu materiaalivalikoima VTT:lle uusi kone elokuussa Kansainväliset verkostot

20 20 Entä Suomi jatkossa Liiketoimintamahdollisuuksia Design-osaaminen AM-suunnitteluosaaminen (AM Engineering) AM:n integrointi tuotantoon Engineeringin myynti Alihankinta Vertaa koneistusalihankinta Esimerkkinä varaosahuolto Suomalaisen valmistavan teollisuuden rakenne sopii AM:lle Lyhyet sarjat Asiakasräätälöinti Mahdollisuus saavuttaa teknologinen etulyöntiasema

21 21 AM Auton osia vuonna 2010

22 22 Moottorilohko vuonna 2012 Source: Fraunhofer ILT and CONCEPT Laser

23 23 Final Vision?

24 24 Kontaktitiedot Puh

25 25 VTT creates business from technology

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