Metallien 3D-tulostuksen tulevaisuuden trendit ja näkymät Dosentti Heidi Piili, TkT Tutkimusapulainen Atte Heiskanen LUT-yliopisto Lasertyöstön tutkimusryhmä Lisäävän valmistuksen mahdollisuudet-tapahtuma, Lahti 16.5.2019 2
Lasertyöstön tutkimusryhmän taustaa Lasertyöstötutkimusta vuodesta 1985 Ensimmäinen oma laser 1986 Alussa laserhitsausta, pinnoitusta ym. Monella Suomen lasertyöstäjällä on juuret LUT lasertyöstö -tutkimuksessa Tällä hetkellä 5 tutkijaa, laboratorioteknikko, 3 tutkimusapulaista, 1 diplomityöntekijää Liikevaihto n. 1 M /vuosi Diplomi-insinöörejä n. 6 kpl/vuosi Väitöskirjoja n. 1 kpl/vuosi Julkaisuja n. 15 kpl/vuosi Viittauksia > 300/vuosi 3
Lisäävä valmistus LUT-yliopistossa Lisäävän valmistuksen monitoroinnin tutkimusta vuodesta 2009 lähtien. Metallien lisäävän valmistuksen jauhepetisulatuslaitteisto 5/2011 lähtien. Lisäävän valmistuksen koulutusta: Diplomi-insinööriopiskelijoille 2013 lähtien Tohtoriopiskelijoille 2017 lähtien Räätälöityä teollista koulutusta 2014 lähtien LUT-yliopistossa on tehty vuosien 2009-2019 aikana: 60 akateemista julkaisua 29 opinnäytetyötä (kandintyö ja diplomityö): nyt tekeillä 12 kandintyötä ja1dtyö LUT-yliopistossa on ollut käynnissä 8 suurta projektia lisäävän valmistuksen teollisesta tutkimuksesta. Näiden projektien yhteisarvo on ~3,4 M. 4
Metallien 3D-tulostuksen osaamiskeskittymä Etelä-Karjalaan Teollisuuden 3D-tulostus-hankkeessa (eng. Metal 3D Innovations, Me3DI) on tavoitteena muodostaa Etelä-Karjalan teollisuuden metallien 3Dtulostuskeskittymä, joka tehostaa metallien lisäävän valmistuksen (3D-tulostus) käyttöä. Hanke on saanut rahoituksen Euroopan aluekehitysrahastosta (EAKR). Mukana LUT-yliopistosta on lasertyöstön ja teräsrakenteiden tutkimusryhmä. Hanke alkoi 1.9.2018 ja loppuu 31.12.2020 5
Metallien 3D-tulostus Suomessa https://www.tekniikkatalous.fi/tekniikka/metalli/meilla-ei-ole-viela- menestystarinoita-lut-haluaa-tehda-3d-tulostamisesta-yritysten-menestystekijan- 6744801 6
Metallien 3D-tulostus Suomessa https://www.tekniikkatalous.fi/tekniikka/metalli/maksutonta-metallien-3dtulostuskoulutusta-tarjolla-yliopistossa-tarvitaan-realistista-tietoamahdollisuuksista-ja-rajoitteista-6754873 Lisää metallien 3D-tulostuskoulutuksesta: https://www.linkedin.com/groups/13642229/ 7
LUT-yliopisto investoi uuteen laitteeseen LUT-yliopisto on myös joulukuussa 2018 tehnyt päätöksen keskikokoisen metallien 3D-tulostimen hankinnasta vuoden 2019 aikana, mikä osaltaan vahvistaa alan tutkimusta ja osaamiskeskittymän muodostumista alueelle. https://www.lut.fi/uutiset/- /asset_publisher/h33voeufoqwn/content/lutissa-tarjolla-maksutontakoulutusta-metallien-3d-tulostuksessa 8
AM:n kasvu nousussa 9
Nousuun vaikuttavia tekijöitä Suunnittelu - Design for additive manufacturing (DfAM) Opetus ja koulutus Jälkityöstöjen kehittyminen ja automaatioasteen kasvu Materiaalivalikoimien laajentuminen Räätälöidyt tuotteet ja piensarjatuotanto Yhteistyö Startup yritykset Kannattavat toimitusketjut Investoinnit sovelluksiin Tutkimuskeskukset 10
Kehityslinjoja: tukirakenteiden tarve vähenee Velo3D-Sapphire System PBF tekniikkaan perustuva 3D-tulostin, julkaistu 2018 Valmistajan mukaan teknologia vähentää tukirakenteiden tarvetta huomattavasti 11
Kehityslinjoja: tukirakenteiden tarve vähenee Rakenteiden tulostaminen jopa 10 kulmassa ilman tukirakenteita mahdollista 12
Kehityslinjoja: tukirakenteiden tarve vähenee Mahdollistaa entistä hankalampien muotojen tulostuksen Jälkikäsittelyn tarve vähenee 13
Kehityslinjoja: automatisoitu jauheenkäsittely Jauhepetisulatuslaitteistoon integroitu automatisoitu jauheenkäsittely (jauheen poisto, siivilöinti ja jauheen uudelleentäyttö) lisää käyttäjäystävällisyyttä, tuottavuutta sekä työturvallisuutta. EOS M 300-4 (300 x 300 x 400 mm, neljä laseria) Lähde: Formnext 2018 - Niko Riikonen (LUT-yliopisto) 14
Kehityslinjoja: useampi lasersäde SLM Solution julkistaa tänä vuonna marraskuussa SLM Cubejauhepetisulatuslaitteiston, jossa käytetään 12 lasersädettä. Laitteen rakennuskammion koko on 600 x 600 mm. Lähde: www.metal-am.com ja www.additivenews.com 15
Kehityslinjoja: uudet materiaalit Kupariseoksesta CuCr1Zr tulostettuja osia. (GKN Additive) Lähde: Formnext 2018 - Niko Riikonen (LUT-yliopisto) 16
Kehityslinjoja: suurempi tuotantonopeus Aurora Labs kertoo, että heidän esittelemä laitteistoratkaisu kasvattaa tuotantonopeutta 20-kertaiseksi. Tämä on mahdollista, kun useampi kerros tulostetaan yhdellä kerralla ns. monikerrosmentelmän avulla. Lähde: www.auroralabs3d.com Aurora Labsin monikerrostekniikka - https://www.youtube.com/watch?v=5bm75xziwy0 17
Kehityslinjoja: nopeampi jälkikäsittely Hirtenberger: Jälkityöstömenetelmä, jossa ei tarvita mekaanista jälkityöstöä. Työstötilavuus 500 x 500 mm. Alumiininen kiinnike tulostettuna (takana) ja Hirtenbergerin jälkityöstömenetelmän jälkeen (edessä). - https://www.youtube.com/watch?v=xzhxjqqopl8 Lähde: Formnext 2018 - Niko Riikonen (LUT-yliopisto) 18
Sarjatuotantoa: auton ajovalon osa Auton LED-ajovalon lämpönielu tulostettu metallista Sarjatuotantoa varten suunniteltiin koko jauhepetisulatuslaitteen rakennustilavuuden käyttö. 384 auton LED-ajovalon lämpönielua tulostettiin 30 tunnissa yhdellä tulostuskerralla Lähde: Atte Heiskanen/LUT ja Anttoni Hirvonen/LUT, www.tctmagazine.com ja www.additivemanufacturing.media 19
Sarjatuotantoa: auton ajovalon osa Auton ajovalon osan hinta laski $40 $4 sekä valmistusaika 1 h 5min. Osaa valmistetaan sarjatuotantona, ~ miljoona osaa tehdään vuodessa (seitsemän laitetta, joista jokainen tekee 135 168 osaa/vuodessa) Perinteisesti valmistettu osa Lisäävällä valmistuksella tehty osa Lähde: Atte Heiskanen/LUT ja Anttoni Hirvonen/LUT, www.tctmagazine.com ja www.additivemanufacturing.media 20
Kiitos! Onko kysyttävää? 21
Yhteystiedot LUT-yliopisto Lasertyöstön tutkimusryhmä Dosentti Heidi Piili, TkT heidi.piili@lut.fi Tel. +358 40 5510 710 22