Metallitulostuksen materiaalit



Samankaltaiset tiedostot
Metallijauheiden valmistus ja 3D tulostuksen asettamat vaatimukset

3D Printing Applications in Industry and Home

Metallien 3D-tulostus

Robotiikka ja 3D-tulostus

Konetekniikan koulutusohjelman opintojaksomuutokset

Indoor Environment

Älykäs erikoistuminen. Kristiina Heiniemi-Pulkkinen

3D-tulostus ja lämpökäsittely - prosessiparametrit, muodostuvat mikrorakenteet ja lämpökäsittelyt

VALTAKUNNALLINEN YLIOPISTOKESKUSSEMINAARI Tulevaisuuden innovaatioiden, oppimisen ja osaamisen ekosysteemejä

Maakunnallisen TKI-kehittämisen lähtökohtia. Maakunnallinen TKI-foorumi Satakuntaliitto

Sähköjärjestelmän käyttövarmuus & teknologia Käyttövarmuuspäivä

Manufacturing 4.0. Future of Manufacturing SP3, LUT Laser

ProAgria. Opportunities For Success

Tuhkasta uutta liiketoimintaa (TUULI)

Flexbright Oy Embedded software/hardware engineer

Metal 3D. manufacturing. Kimmo K. Mäkelä Post doctoral researcher

Laser additive manufacturing (aka 3D printing) of metallic materials

Space for work, meetings and events. Expert Services for knowledge intensive and growth oriented SME s

Poistuvat kurssit ja korvaavuudet (RRT ja YYT)

Teknologian tutkimuskeskus VTT. Energia- ja moottoritutkimus. Nils-Olof Nylund

3D-VALLANKUMOUKSEN VOITTAJAKSI

Technische Daten Technical data Tekniset tiedot Hawker perfect plus

EU:n tarjoamia mahdollisuuksia

VTT ja tuulivoiman t&k. Tuulivoiman Workshop, Pasila Esa Peltola, johtava tutkija, VTT

7.4 Variability management

KURSSIEN POISTOT JA MUUTOKSET LUKUVUODEKSI

Reliable sensors for industrial internet

Collaborative & Co-Creative Design in the Semogen -projects

Yksityisen sektorin rooli kestävän kehityksen tavoitteiden saavuttamiseksi kansanvälisesti

SMACC Välkky-hanke: 3D-tulostuksella kilpailukykyä pk-yrityksiin

Sulautettu tietotekniikka Kimmo Ahola

Lausuntopyyntöluettelo HUOM. Komiteoiden ja seurantaryhmien kokoonpanot on esitetty SESKOn komitealuettelossa

Tulevaisuuden tehdas 2020 Petri Laakso, Senior Scientist

Advanced Research on Steels Research on Advanced Steels. CASR Research Seminar Opening and Current Issues

Metsäbiomassaan perustuvien nestemäisten biopolttoaineiden ilmastovaikutukset

Maakunnallinen TKIkehittäminen. TKI-foorumi Satakuntaliitto

Master s Programme in Building Technology Rakennustekniikka Byggteknik

7. Product-line architectures

Thin Films Technology. Lecture 3: Physical Vapor Deposition PVD. Jari Koskinen. Aalto University. Page 1

Storages in energy systems

Materiaalia lisäävä valmistus (AM) ja 3D-tulostus

Improving advisory services through technology. Challenges for agricultural advisory after 2020 Jussi Juhola Warsaw,

Tekes the Finnish Funding Agency for Technology and Innovation. Copyright Tekes

Making use of BIM in energy management

Innovative and responsible public procurement Urban Agenda kumppanuusryhmä. public-procurement

Metallitulostuksen mahdollisuudet D-tulostuksen akatemia Tampere

EU:n tuulivoimateknologiaplatformin TPWIND:in aktiviteetit. TEKES tuulivoiman workshop Hannele Holttinen, VTT

Arto Kiviniemi Tutkimusprofessori Rakennetun ympäristön tiedonhallinta

Puun biojalostuksen uudet liiketoimintamahdollisuudet. Pohjois- Savosta puun biojalostuksen piilaakso

Export Demand for Technology Industry in Finland Will Grow by 2.0% in 2016 GDP growth 2016/2015, %

Kansainvälisiä tutkimus- ja kehitysprojekteja ekotehokkaan rakennetun ympäristön tuottamiseen, käyttöön ja ylläpitoon

ReFuel 70 % Emission Reduction Using Renewable High Cetane Number Paraffinic Diesel Fuel. Kalle Lehto, Aalto-yliopisto 5.5.

TUOTELUETTELO PYÖRÖTERÄKSET

Scanfil Kannattavaa kasvua

BIMin mahdollisuudet hukan poistossa ja arvonluonnissa LCIFIN Vuosiseminaari

Mineral raw materials Public R&D&I funding in Finland and Europe, Kari Keskinen

SolarForum. An operation and business environment development project

HITSAUKSEN TUOTTAVUUSRATKAISUT

Laitteista digitaalisiin ratkaisuihin Case Kemppi

Enterprise Architecture TJTSE Yrityksen kokonaisarkkitehtuuri

WAMS 2010,Ylivieska Monitoring service of energy efficiency in housing Jan Nyman,

Internet of Things. Ideasta palveluksi IoT:n hyödyntäminen teollisuudessa. Palvelujen digitalisoinnista 4. teolliseen vallankumoukseen

ECSEL - Electronic Components and Systems for European Leadership

FROM VISION TO CRITERIA: PLANNING SUSTAINABLE TOURISM DESTINATIONS Case Ylläs Lapland

KAAPELIN SUOJAAMINEN SUOJAMATOLLA

3D-tulostus. ebusiness Forum. Jukka Tuomi Finnish Rapid Prototyping Association, FIRPA Aalto University. Linnanmäki

LX 70. Ominaisuuksien mittaustulokset 1-kerroksinen 2-kerroksinen. Fyysiset ominaisuudet, nimellisarvot. Kalvon ominaisuudet

BENTO -ohjelma. KYT seminaari,

Parisiin sopimus vs. Suomen energia- ja ilmastostrategia 2030

3D-tulostustekniikat

Materiaalitehokkuus asiakkaan prosesseissa

Augmented Reality (AR) in media applications

Digitalisaation hyödyt teollisuudessa

Rikasta Pohjoista 2019 Uudistuva teollisuus Teollisten innovaatioiden tulevaisuus

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Seminar on future sawmills

Laserpinnoitus katsaus tutkimusryhmä LaserCo:n toimintaan

KYMENLAAKSO- FINLAND S LOGISTICS CENTRE- REGION OF OPPORTUNITIES Kai Holmberg, NELI-North European Logistics Institute RIGA

Teollinen Internet & Digitalisaatio 2015

JET-Power, ALU-Power ja D-Power kovametallijyrsimet

WP3 Decision Support Technologies

3D-tulostus - uusia mahdollisuuksia koulutukseen ja kilpailukykyä yhteiskuntaan

INSPECTA TARKASTUS OY

Aalto Service Factory

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Sähkötekniikan tutkintoohjelma. DI-tutkinto ja uranäkymät

Vaativa digitaalinen valmistus ekosysteemin lisäarvon tuottajana, Välkky

Timo Linnainmaa, Partneri. EnergyVarkaus

ELEMET- MOCASTRO. Effect of grain size on A 3 temperatures in C-Mn and low alloyed steels - Gleeble tests and predictions. Period

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY VTT EXPERT SERVICES OY VTT EXPERT SERVICES LTD.

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

SAFIR2014 Strategiaseminaari

BimCITY. BIMCity Simulation platform for IFC based technologies and solutions.

VTT kohti 2020-lukua. Antti Vasara Toimitusjohtaja, VTT Oy

Suunnittelutyökalu kustannusten ja päästöjen laskentaan

HORISONTTI OHJELMA SME-INSTRUMENTTI. Maarit Manninen Terveys- ja hyvinvointiaamukahvit

Tekes BioRefine and Water: Water Innovations and Business Eväitä jatkoon Smart Water alueella Marina Congress Center Katri Mehtonen

Lausuntopyyntöluettelo HUOM. Komiteoiden ja seurantaryhmien kokoonpanot on esitetty SESKOn komitealuettelossa

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY GRANT4COM OY

Transkriptio:

TEKNOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VTT OY Metallitulostuksen materiaalit Metallien 3D tulostus seminaari 28.10.2015 Tutkimusalueen päällikkö, tohtori Tarja Laitinen

MultiScale Design WHAT? LCA Material DESIGN Revenue System 3D manufacturing Component 2

MultiScale Design WHY? LEAN, AGILE, ECOLOGICAL, FAST Life cycle assessment Energy efficiency Recent Raw materials scarcity New manufacturing methods 2015 2020 Optimized performance, low cost manufacturing 2025?? Eco-efficient, intelligent design and manufacturing Robust, service oriented business, cost optimized manufacturing 3

Talvivaara: 0,22% Ni 0,49% Zn 0,13% Cu 0,02% Co www.talvivaara.com Difference between waste and primary raw material? Mine tailing: 0,28% Ni 0,12% Cu 0,10% Cr Laivakangas: 1,9 ppm Au Photo: Tuulikki Nousiainen MSWI bottom ash: 0,47% Cu 0,38% Zn 0,03% Ni 0,04% Cr Mobile phone PCB: 80-1000 ppm Au 110-3300 ppm Ag 10 27% Cu 1,5 7% Al 1 8% Fe 4.11.2015 4

DATA INFORMATION KNOWLEDGE ACTION NEED Multiscale Design IMPACT COST EFFICIENCY Faster R&D cycles Lean, profitable, quality products and services AGILITY Competitive edge over low cost, labour intensive manufacturing Comprehensive phenomena understanding Scenario building Parallel design Less physical prototypes Digital material, design & manufacturing Up to 50 % faster R&D cycle 10 % lower TCO Growing manufacturing industry in Finland ECOLOGY Imperative legal provision Customer demand LCA optimized design process Radical innovations, early stage adaption 5

Core competences in material technology in VTT Material efficiency via tailored material and production routes Multiscale material modeling VTT ProperTune TM Performance Properties Structure Processing Powder Piloting Service Materials for 3D printing Coatings Additives, reinforcements 3D metal printing Feasibility studies Design Topological optimisation Printing process Post treatments Performance Materials and structures in service environments Degradation mechanisms Lifetime evaluation Efficient performance, profitable operation Optimised cost per production Sustainable and reliable production 6

VTT ProperTune is a computational modeling assisted material design, tailoring and performance evaluation methodology and software platform. Digital presentation of material microstructure Digital presentation of loading conditions Verified industrial data 7

Case example: Inconel 625 Performance demands: Fatigue strength Creep strength Non-Ageing Extreme environment durance Smooth surface roughness Internal flow channels DIGITAL MATERIAL + DIGITAL DESIGN + DIGITAL MANUFACTURING Atomization of metal powders Layer wise thermal history 3D design, topological optimisation Printed component with supports = PERFORMANCE BASED, OPTIMISED COMPONENT 4.11.2015 8

Inconel 625, powder characterization Powder D 10 D 50 D 90 SLM alloy 625 21.3 32.7 50.0 VTT low oxygen sieved -45 µm 17.9 30.9 48.9 VTT low oxygen sieved -63 µm 22.6 44.0 72.0 SLM, green slot VTT, blue slot More small particles in VTT powder 4.11.2015 9

Inconel 625, tensile properties Inconel 625 tensile bars* Yield strength Rp0.2 (MPa) Tensile strength Rm (MPa) Elongation A (%) Hardness HRC 150 kg As manufactured: Inconel 625 commercial SLM powder, horizontal 550 943 32 29,5 Inconel 625 commercial SLM powder, 45 636 960 29 Inconel 625 commercial SLM powder, vertical 600 923 42.7 27,3 Inconel 625 powder manufactured at VTT, horizontal 603 986 29.5 30,6 Inconel 625 powder manufactured at VTT, 45 676 1006 30 Inconel 625 powder manufactured at VTT, vertical 629 972 28.7 27,8 After stress relieve heat treatment **: Inconel 625 commercial SLM powder, horizontal 568 914 32 26,5 Inconel 625 commercial SLM powder, 45 573 925 33.5 Inconel 625 commercial SLM powder, vertical 562 909 43.7 25,3 Inconel 625 powder manufactured at VTT, horizontal 594 972 30.8 27,9 Inconel 625 powder manufactured at VTT, 45 619 986 36.2 Inconel 625 powder manufactured at VTT, vertical 604 958 45.9 27,7 * Powder layer thickness 50 µm ** 20 C -> 900 C 5 C/min, hold at 900 C for 60 min. -> cooling in air 4.11.2015 10

Inconel 625 Surface roughness Ra 70 Ra 15.8 ± 2.0 µm 90 Ra 9.3 ± 0.7 µm 70 Ra 9.7 ± 2.2 µm 60 Ra 9.2 ± 1.0 µm 60 Ra 25.5 ± 2.5 µm 45 Ra 13.1 ± 2.4 µm 45 Ra 58.7 ± 6.7 µm 40 Ra 14.8 ± 3.3 µm 40 Ra 68.0 ± 9.0 µm Top Ra 6.1 ± 1.0 µm 4.11.2015 11

Example: speed, power, hatch width vs. density 4.11.2015 12

Example speed, power, hatch width vs. density 4.11.2015 13

Inconel 625 Post treatments Conventional machining Abrasive finishing / traditional grinding and polishing Abrasive blasting Abrasive flow machining AFM Magnetic abrasive finishing Shot peening Ultrasonic/electric filing and polishing Centrifugal methods Spindle finishing Electrical discharge machining EDM Laser polishing Chemical etching / polishing Electropolishing Electrolytic plasma polishing Electrochemical brushing REM Isotropic superfinishing (ISF) Electroplating Electroless plating Chemical vapour deposition, CVD.. 4.11.2015 14

Automatic handling and finishing of 3D printed turbine blade Background: real customer case Need Automation of handlig of casting channels or support structures Possibility to add more automatic post-machining AM components: 1. Robot gripper inserts 2. Positioning stand for the blade 3. Turbine blade 1 2 3 4.11.2015 15

Commercially available AM metal powders Metal alloys High grade steels Hot work steels Stainless steels Aluminium alloys Nickel base alloys Titanium alloys Cobal-chromium alloys Bronze alloys Precious metal alloys Providers SLM Solutions EOS ConceptLaser LPW Technology Erasteel Höganäs Sandvik Ospray Carpenter Powder Products. 4.11.2015 16

Hype Cycle for 3D printing, 2015 Source: Gartner (July 2015) 4.11.2015 17

Services R&D partner from feasibility review up to total revolution Technology and market surveys Foresight & business landscape Networks and value chains Co-creation with right partners Ideas and feasibility studies Creativity workshops combined with engineering reality Piloting and verification Proof-of-concepts in real life field tests Improving current products and trouble shooting Analyzing & identification of opportunities & problems Visualization of phenomena via modeling Solutions via tailoring materials & production process Design of materials and manufacturing Harder, stronger, more economical, more ecological New and improved manufacturing processes Market potential and technical feasibility Conceptual design Development phase Piloting and verification Production development Mass production 18

TEKNOLOGIASTA TULOSTA http://www.vtt.fi/3d-tulostus http://www.vttresearch.com/3dprinting

Hype Cycle for 3D printing, 2014 4.11.2015 20

Materiaaleista - EOS

Metallisten AM-kappaleiden ominaisuuksista Ovat samalla tavalla jälkikäsiteltävissä kuin muutenkin valmistetut kappaleet Lämpökäsittely, hitsaus, kiillottaminen, poraus, Ominaisuudet riippuvat valmistusparametreistä Staattiset ominaisuudet vastaavat yleisesti ottaen taottua materiaalia ja ovat paremmat kuin valetuissa kappaleissa Nopea jäähtyminen Ei suotaumia Anisotropiaa voi esiintyä (Z-suunta heikoin) Väsymisominaisuudet as fabricated ilmeisesti jonkin verran heikommat kuin taotulla materiaalilla Pinnan laatu Jatkuvasti paranemassa Pintojen työstö vaaditaan usein joka tapauksessa Mikrohuokoisuus HIP-käsittely

Hybridivalmistus Matsuura Lumex Avance-25 Jauhepetimenetelmä ja CNC-koneistus DMG Mori Seiki Lasertec 65 Suorakerrostus ja CNC-koneistus HYBRID HST 1000 kone Konseptivaiheessa Hurco Hakenut patenttia USA:ssa Hermlen MPA-menetelmä Teknologia ei myynnissä Olemassa olevien CNC-koneiden täydentäminen suorakerrostuksella LENS Engine Hybrid Manufacturing Technologies AMBIT multi-task system Esim. Mazakin INTEGREX-i-400AM koneessa Fraunhofer IWS

Metallitulostimet Suomessa EOS Finland Oy 10+ konetta Käytetään sisäiseen tuotekehitykseen Oulu PMC ja LUT EOSINT M 270 (LUTin kone modifioitu koelaitteisto) Kappalekoko 250x250x215 mm Ajettu EOSin ruostumattomia teräksiä ja maraging-terästä AM Finland Oy VTT Concept Laserin Mlab cusing Kappalekoko 90x90x80 mm Materiaalit: ruostumaton 316L, CoCrW-seos, pronssi, hopea 925, kulta 18 K, valkokulta SLM 125 HL

Metallitulostin SLM 125 HL Laite: 1200x1800(2300)x800 mm pit x kork x lev.), 400 kg Kammion koko: 125x125x125 mm Laserlähde: 400W IR kuitulaser Suojakaasu: Typpi/Argon Valmistusparametrit: Säädettävissä Soveltuvuus: Ruostumattomat teräkset, työkaluteräkset, CoCr, Inconel, titaaniseokset, alumiiniseokset, yms.

Multiscale modelling methods of powder metallurgical problems 4.11.2015 26

VTT Approach from raw materials to component performance Experimental AM design, optimization Hot isostatic pressing (HIP) Raw materials Other posttreatments Gas atomization Post treatments Laser melting Component testing Performance Processing Structure Properties Modelling 4.11.2015 27