Business Cafe: AM Joensuu, 3/2018 3D-tulostuksen tulevaisuuden näkymät ja digitaliset varaosat Jouni Partanen, Aalto-yliopisto
3D-tulostus yrityskäyttöön Pikamallinnus (Rapid Prototyping) Laajasti käytössä ympäri maailman Hyöty muulle yritystoiminnalle Lähes hypekäyrän tasangolla Pikavalmistus (Additive Manufacturing) > 30 % vuosittainen kasvu
3D-tulostus kappaleet tehdään viipaleista Pinoamalle 2D-viipaleita voidaan tehdä kaikki 3Dkappaleet Konseptuaalisesti yksinkertainen prosessi toimii hyvin automaationa
3D-tulostus teknologia Stereolitografia Patentti haettu 1984-3D Systems Valolla kovettuva hartsi Lasersäde ohjataan kontrolloidulla peilillä piirtämään ja kovettamaan yksi viipale kappaleesta Kappale menee alaspäin viipaleen paksuuden Uusi kerros hartsia levitetään
ASTM:n hyväksymät prosessien termit - suomalaiset vastineet Vat Photopolymerization Powder Bed Fusion Material Extrusion Material Jetting Binder Jetting Sheet Lamination Directed Energy Deposition Valokovetus altaassa Jauhepetisulatus Pursotus Materiaalin suihkutus Sideaineen suihkutus Kerroslaminointi Suorakerrostus
Valokovetus altaassa - Vat Photopolymerization
3D-tulostus (Rapid Prototyping) tuotekehitysprosessissa Laajalti käytetty jo 1990-luvun alkupuolelta alkaen Autoteollisuus Avaruus- ja lentoteollisuus Kuluttajatuotteet
Sovellutukset hammaslääketieteessä Näkymättömät oikomisraudat www.invisalign.com
Microstereolithography Vertical resolution ~ 10 µm 3.11.2014
Jauhepetisulatus - Powder Bed Fusion http://www.custompartnet.com/wu/images/rapid-prototyping/sls.png
Toimintakeskeinen suunnittelu Design for function
Lentokoneteollisuus: Boeing
Fuel Injection Nozzles for Future GE Jet Engines About 15 individual pieces combined into one 30 % lighter structure Better performance http://www.industrial-lasers.com/articles/print/volume-28/issue- 6/features/additive-manufacturing-at-ge-aviation.html
Uusia mahdollisuuksia Painon optimointi 3D-tulostuksessa monimutkaiset kappaleet valmistuvat yhtä helposti kuin yksinkertaiset complexity comes for free
Supertehokkaat lämmönvaihtimet
Lääketieteen sovellutukset Kirurginen suunnittelu Kirurkinen inertti implantti Salmi M et al., Patient specific reconstruction with 3D modeling and DMLS additive manufacturing. Rapid Prototyping Journal, 18:209-214, 2012.
HP entering the market Planned commercial release 2016 http://3dprint.com/21454/hp-3d-printer/
Pursotus - Material Extrusion http://www.custompartnet.com/wu/fused-deposition-modeling
Minifactory Suomalainen laitevalmistaja http://www.minifactory.fi/info
Contour Crafting Under development at Univ of Southern California by prof Behrokh Khoshnevis 3D-Printing of concrete on a scale needed for building houses Each layer about 10 cm Shaping tool for concerete in order to get reasonably flat surface
Elävien solujen tulostus Tutkimusprojekti Aalto-yliopistossa
Materiaalin suihkutus - Material Jetting http://www.makeuseof.com/tag/what-is-3d-printing-and-how-exactly-does-it-work/
Objet Digitaalinen materiaali
Tarkkuusvalu Investment Casting
Koruteollisuus: Kalevala Koru Vahamallien 3D-tulostin tuotannossa tarkkuusvalulla valmistettavien tuotteiden aihioina
Sidosaineen suihkutus - Binder Jetting http://blog.nus.edu.sg/u0804594/common-rp-techniques/d-3dp/
VoxelJet Hiekkavalumuotit
VoxelJet VX-200 VX-4000
Digital Metal Höganäs, Sweden 3-printing of small metal parts Sintering in oven
Kerroslaminointi - Sheet Lamination http://www.custompartnet.com/wu/laminated-object-manufacturing
Mcor Technologies A4-paperi
Suorakerrostus - Directed Energy Deposition http://blog.cafefoundation.org/?p=8410
LENS technology Laser Engineered Net Shaping Stacking up 2D images you can make 3D objects Conceptually simple process great for automation http://www.tms.org/pubs/journals/jom/9907/hofmeister/hofmeister-9907.html
Topology optimization Biomimicking shapes FEA (Finite Element Analysis) Optimized for load and weight Optimized for energy transfer
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
Digitaaliset varaosat Digitaaliset varaosat projekti (DIVA) 2016-2017 FIN3D Finnish Industry New Age 3D 20 2016-2018 Sekä lukuisiin aikaisempiin 3D-tulostuksen tutkimusprojekteihin ja Aallossa tehtyihin tutkimusalueen diplomitöihin
Digitaaliset varaosat projekti (DIVA)
FIN3D Finnish Industry New Age 3D
Mitä ovat digitaaliset varaosat? 3D malli ja informaatio digitaalisena digitaalinen varasto Valmistus tarpeen mukaan, esim. 3D-tulotusmalla Valmistus lähellä loppukäyttäjää Optimoitu parempi suorituskyky Tulevaisuudessa: Yksittäisten osien identifiointi valmistus ja käyttöhistoria Älykkäät osat esim. kulumisen seuranta
Perinteinen varaosalogistiikka Asiakkaan laite Alkuperäinen valmistaja Alueellinen jakelukeskus Palvelukeskus Jan Holmström Jouni Partanen Jukka Tuomi Manfred Walter, (2010),"Rapid manufacturing in the spare parts supply chain", Journal of Manufacturing Technology Management, Vol. 21 Iss 6 pp. 687-697
Digitaalinen varaosalogistiikka Asiakkaan laite Alkuperäinen valmistaja Palvelukeskus Jan Holmström Jouni Partanen Jukka Tuomi Manfred Walter, (2010),"Rapid manufacturing in the spare parts supply chain", Journal of Manufacturing Technology Management, Vol. 21 Iss 6 pp. 687-697
Varaosat (varatyökalut) avaruudessa Source: Nasa & MadeInSpace
Nykyhetki F/A-18E/F Super Hornet avioniikka putket Scenario 1: Keskitetty Scenario 2: Hajautettu Tulevaisuus Scenario 3: Keskitetty Scenario 4: Hajautettu Siavash H. Khajavi, Jouni Partanen, Jan Holmström, Additive manufacturing in the spare parts supply chain, Computers in Industry, Volume 65, Issue 1, January 2014, Pages 50-63
Tuotantomenetelmien break even
Sunnittelun vaikutus kustannuksiin 35 % Pienempi massa 35 % edullisempi epäsuora AM 34 % edullisempi suora AM 41 % Pienempi massa 45 % edullisempi epäsuora AM 3 % edullisempi suora AM 17 % suurempi varmuuskerroin 22 % suurempi myötöraja
Älyn/sensoreiden (RFID) integroiminen varaosiin Material Extrusion ABS + Stereolithography Clear V2 Selective Laser Sintering PP
Digital Twin Fin3D DiVa
Työkalu kustannusten ja tulevaisuuden arviointiin
Acknowledgements 3D Manufacturing Group, ME Dept., Aalto Univ. Jukka Tuomi, Mika Salmi, etc. VTT, Additive Manufacturing Pasi Puukko, Sini Metsä-Kortelainen, etc. Logistics Group, Aalto Univ. Jan Holmström Polymer Chemistry Group, Aalto Univ. Jukka Seppälä
Kiitos! Jouni Partanen Aalto University puh. 050 576 9804