REJLERS 3D-PROJEKTI JUHA PIIROINEN

REJLERS 3D-PROJEKTI JUHA PIIROINEN

Työelämäjakso 24.10.-1.11.2016 Työelämäjakson yleiset tavoitteet Oman osaamisen kehittäminen: 3-mallinnus, resiinitulosteet korujen valamisessa Työpaikan toimintaan perehtyminen: 3-d mallinnus tuotesuunnitteluprosessissa. Mallikappaleiden suunnittelua, tulostaminen ja mallien valaminen. Työelämäyhteyksien solmiminen ja ylläpitäminen: yhteistyön aloittaminen yrityksen kanssa Kehittämistehtävä 3-d korumallien suunnittelu, 3-d tulosteet ja niiden valaminen koulun valulaitteistolla. Raportissa esittelen vaihtoehtoisia ideoita koulutuksen kehittämiseksi. Opettajan omat tavoitteet Tutustua Rejlerssillä käytössä oleviin 3-d mallinnusohjelmiin sekä 3-d tulostimiin. Testata 3-d tulosteiden laatua ja tarkkuutta korunvalmistuksessa. Työelämäjaksolla onnistuin pääsemään viikoksi Rejlerssille suunnittelemaan ja tekemään 3-d tulosteita valuresiinistä. Töinä olivat rannekellon prototyyppien 3-d tulosteet ja niiden valaminen pronssiin, kaulakorun ja luokkasormuksen suunnittelu, niiden mallintaminen ja 3-d tulosteiden valaminen hopeaan. Työt toteutettiin tiimityöskentelynä Antti Pänkäläisen ja Lauri Hyttisen kanssa. Antti oli jo aiemmin ottanut minuun yhteyttä rannekelloprojektin osalta ja olimme valaneet muutamia prototyyppejä pronssiin. Yhteistyö yrityksen kanssa oli siis alkanut ennen työelämäjaksoani. Rejlerssillä on alkanut projekti 3-d mallintamisesta ja niiden tulostamisesta sekä niiden käyttösovelluksista yrityksen toiminnassa.

Käytössä oli Solidworks -suunnitteluohjelma. 3- D- tulostimet BCN B-D Sigma ja Formlabs W sekä 3-D -skanneri. BCN B-D Sigman tulostemateriaalina oli käytössä ABS, PLA, Nailon sekä vesiliukoinen PVA. Kokeiluissamme käytimme Formlabsin tulostinta (kuva 1), koska sen tulostustarkkuus on hyvä (0,025mm/ kerros) ja tulostimessa oli mahdollisuus käyttää erikoisesti ns. Lost-wax valumenetelmässä toimivaa valuresiiniä. Kuva 1 Kelloprojekti Olin jo aiemmin valanut pronssisia mallikappaleita, mutta silloin käytössä ei ollut erikoisesti lost-wax menetelmään kehitettyä resiini -laatua ja valujen laatu ei ollut paras mahdollinen. Resiini ei palanut pois täydellisesti valumuotista polton aikana vaan muottiin jäi hiukan tuhkaa. Tämä näkyi huokoisuutena valukappaleen pinnassa ja niiden korjaaminen olisi ollut vaikeaa ja aikaa vievää. Tämän tyyppisten virheiden korjaamiseen soveltuu laser-hitsaus, joka on käytössä mm. Kalevala-korulla.

Laadukkaat resiinit saapuivat juuri sopivasti työjakson alkuun ja pääsimme testaamaan resiinin toimivuutta valumallimateriaalina. Antilla oli useita mallivaihtoehtoja ja valut onnistuivat melko laadukkaasti. Ongelmana oli ns. supporttien eli tukirakenteiden sijoittelu niin, että valukappaleen pinnanlaatu olisi mahdollisimman hyvä. Varsinaisen suunnittelu tehtiin Solidworksilla ja Formlabsin oma ohjelma ehdotti itse 3-D kappaleen tulostusasennon ja tukirakenteiden sijoituksen. Ne eivät olleet parhaat mahdolliset pronssivalun laadun kannalta. Supporttien poistaminen ennen valumuotin rakentamista on melko työlästä ja aiheuttaa mallin pintaan helposti virheitä, jotka ovat työläitä poistaa varsinaisesta valukappaleesta. Suunnittelimme erilaisia 3-D tulosteiden tukirakennevaihto - kuva 2 ehtoja, valukanavien sijoituksia ja tulostusasentoja. (kuva 2) Näillä kaikilla on suuri merkitys valukappaleen laatuun sekä työaikaan valussa ja viimeistelyissä. Rannekello valut onnistuivat uuden resiinin kanssa hyvin ja palohäviöitä ei juurikaan ollut havaittavissa, vaikka Raiskinen Oy:ssä sanottiin palohäviöitä olevan aina resiiniä käytettäessä. Sieltä informoitiin myös, että supporttien poisto on liian vaivalloista ja aikaa vievää teollisessa tuotannossa.

Laadukkaimmat 3-d tulostimet Lost-Wax valuun tulostavat mallin vahaan. Tukirakenteena on toinen vesiliukoinen vaha, jolloin varsinaisia tukirakenteita ei tarvitse poistaa käsityönä, vaan ne voidaan liuottaa pois. Valmiit resiinimallit kiinnitettynä valukuuseen. Formlabsin tulostin toimii mielestäni riittävän laadukkaasti tosin käsityötä on hiukan enemmän. Tulostimen hinta on kuitenkin kymmenesosa vahatulostimen hinnasta. Saimme valmistettua useita kellojen mallikappaleita ja kokeilimme erilaisia pinnankäsittelyvaihtoehtoja, värjäyksiä ja patinointeja. Lisäksi Raiskisen valimosta on tulossa kaksi mallikappaletta, jotka on valettu vahatulostimella valmistetuista malleista. Joten pääsemme vielä tutkimaan valukappaleiden laatua 3-D tulosteiden osalta. Lisäksi kävimme Niinimäki RDPS:lla tutustumassa laser- merkkaukseen ja sen sovellusmahdollisuuksiin kelloissa sekä kellotaulujen leikkaamiseen laser-leikkauksella. Projeksti siis jatkuu.

Luokkasormus Ensi tapaamisella Antin kanssa suunnittelin luonnoksen sormuksesta. Jo seuraavana päivänä sain ensimmäisen 3-D tulosteen sormuksesta ja valumuotti oli samana päivänä valmis. Hopeinen mallikappale oli pian tehty. Myöhemmin syntyi ajatus artesaanien luokkasormuksesta ja suunnittelimme ja valoimme siitä ensimmäisen mallin. Valmiudet luokkasormusprojektin toteuttamiseen on olemassa.

Koru Suunnittelimme Laurin kanssa yksinkertaisen korumallin, josta tehtiin koevalut neljässä eri koossa. Koruihin suunniteltiin istutettavaksi 4,3,2.5 ja2 mm briljanttihiotut kivet. Korut suunniteltiin niin, että tukirakenteet toimivat samalla valukanavina, joten niitä ei tarvitsisi poistaa ennen valumuotin rakentamista. Lisäksi mallit toteutettiin niin, että kivet voitiin kiinnittää suoraan resiinimalliin, joten kiviä ei tarvitsisi istuttaa koruun valun jälkeen vaan ne olisivat valmiiksi kiinnitettynä. Tällöin rajoituksena on, että täytyy käyttää oikeita timantteja tai synteettisiä kiviä. Päädyimme kokeiluissa jälkimmäiseen.

Ensimmäiset valut onnistuivat mainiosti ja kivet olivat napakasti kiinni mikroskoopilla tarkastettuina. Tulostusjälkeä ei viimeistelty lainkaan vaan valupinta ainoastaan kiillotettiin rummussa kevyesti. Lopputulos oli varsin laadukas ja tuotteen läpimenoaika lyhyt. Seuraavassa tulostesarjassa oli mukana kaikki neljä kokoa. Resiinejä oli kovetettu nyt UV-valossa useita tunteja ja kiviä kiinnittäessäni huomasin, että kiinnitys kastikat murtuivat herkästi ja niiden korjaaminen oli mahdotonta. Pienintä 2mm:n kiveä en edes yrittänyt kiinnittää resiiniin, koska mikroskoopin okulaarin alla huomasin, että mitoitus oli liian hento ja tukirakenteita tulisi vahvistaa jo valua ajatellen. Rakenteet ja mitoitukset muutettiin ja korut suunniteltiin niin, että kivet istutetaan vasta valun jälkeen resiinin murtumisriskin takia. Näin menetellen istutettavilta kiviltä ei vaadittaisi suurta lämmön kestoa, eri kivilajit olisi tällöin käytettävissä. Kuvissa korumallit valumuotissa, valaminen ja valmiit valut ja valmis koru.

Oppilasvierailu Metalliosaston opiskelijat kävivät tutustumassa Rejlerssin 3-d laitteistoihin. Yhteistyö aloitettiin heti, opiskelijan valmistama puukonkahvanmalli skannattiin ja siitä muokattiin symmetrinen teolliseen valmistukseen soveltuva malli ja tehtiin 3-d tuloste. Osa mukana olleista nykyisistä ja entisistä opiskelijoista oli kiinnostuneita 3-d skannauksen ja tulostuksen tarjoamista mahdollisuuksista käsi- ja taideteollisuusalalla. Kehitysideat Oppilaitoksen tulisi hankkia korusuunnitteluun kehitetty suunnitteluohjelma, jonka opiskelu ja käyttö olisi osa opintoja. Tulostuksen voisi tehdä ainakin aluksi Rejlersillä. Itse tulosteiden hinta on edullinen. Varsinainen valaminen voitaisiin suorittaa oppilaitoksessa. Suunnitteluohjelman käyttö ja 3-D tulostus mahdollistaisi monimutkaisten korujen valamisen, joiden toteutus käsityömenetelmin ei olisi mahdollista. Olisi kiinnostavaa aloittaa yhteistyö yritysten kanssa, jotka pystyvät tulostamaan 3.D mallinnetut mallinnetut korusuunnitelmat suoraan metalliin. Lahden seudulla on yrityksiä, jotka pystyvät tulostamaan koruja suoraan kullasta. Kokemusten kartuttua oppilaitos voisi hankkia 3-D -tulostimet, joilla tulosteet voidaan tehdä suoraan metalliin. Lisäksi oppilaitoksen olisi hyvä hankkia laser-hitsaus laitteisto, jota voidaan hyödyntää 3-D tulostimia käytettäessä. Näillä kehitystoimenpiteillä oppilaitoksemme olisi kehityksen kärjessä ja oppilasrekrytointi olisi helppoa. Lopuksi Työelämäjakso oli antoisa, näkemyksiä ja visioita lisäävä.