Metallien 3D-tulostus uudet liiketoimintamahdollisuudet Alihankintamessut 17.9.2015 Pasi Puukko, Petri Laakso, Pentti Eklund, Magnus Simons, Erin Komi VTT
3D-tulostus ja materiaalia lisäävä valmistus (AM) The process of joining materials to make objects from 3D model data, usually layer upon layer, as opposed to subtractive manufacturing methodologies ASTM F42 Committee Konsepti (Mallinnus) Suunnittelu/ (Prototyyppi) Tuotanto CAD 16.9.2015 2
ASTM:n hyväksymät prosessien termit - suomenkieliset termit ohjeellisia Vat Photopolymerization/(nesteen fotopolymerisointi) Powder Bed Fusion/(jauhepetimenetelmä) Material Extrusion/(materiaalin pursotus) Material Jetting/(materiaalisuihkutus) Binder Jetting/(sideainesuihkutus) Sheet Lamination/(laminointi) Directed Energy Deposition/(suorakerrostus) pasi.puukko@vtt.fi Tel. +358 40 5251 684 3
AM teknologian ominaispiirteet lisäarvon tuottajat Ei Design for Manufacturing vaan Manufacturing for Design Kevyemmät rakenteet Parempi suorituskyky Kustomoidut tuotteet ja lyhyet sarjat Kokoonpanon väheneminen Monimutkaiset rakenteet mahdollisia Helpompi markkinoille tulo Paikallinen valmistus Pienempi materiaalin kulutus 16.9.2015 4
AM teknologian haasteet Laitteet ja materiaalit, erityisesti metallien osalta, vielä suhteellisen kalliita Pitkät tulostusajat Ei yleensä kustannuskilpailukykyinen menetelmä komponenteille, joiden valmistaminen muilla tavoin esim. koneistamalla on helppoa AM teknologian käytön pitää tuoda selkeää lisäarvoa (aika, parempi suorituskyky, kustomointi, personointi etc.) 16.9.2015 5
Kasvava tulostusnopeus tuo uusia liiketoimintamahdollisuuksia AM:llä tulostetun metalliosan suurin kustannustekijä tulostustyön kustannukset Tulostustyön kustannuksiin vaikuttavat ennen kaikkea: tulostimen tulostusnopeus tulostimen investointikustannus Tulostusnopeuden hallittu nostaminen alentaa kustannustasoa ja avaa mahdollisuuksia siirtyä tuotekehityksen tukemisesta kohti piensarjatuotantoa ja massaräätälöintiä. Metallikappaleen kustannustaso ( /kg) 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Metallikappaleiden valmistus lasersulatusmenetelmällä (SLM) Toiminnalliset prototyypit, tuotekehityksen tuki Lentokoneteollisuus Lääketiede Autoteollisuus Konepajateollisuus 5 10 50 200 500 1000 Tulostusnopeus ( /h) 16.9.2015 Magnus Simons, VTT 6
AM teknologiaan liittyvät liiketoimintamahdollisuudet Laitetoimittaja A Ohjelmistotoimittaja A Materiaalitoimittaja A Teollinen AM (90% liikevaihdosta) Desktop 3D-tulostus (10% liikevaihdosta) Laitetoimittaja B Ohjelmistotoimittaja B Materiaalitoimittaja B Toimialan globaali liikevaihto 2014 4,1 miljardia $ 16.9.2015 7
Digitaaliset liiketoimintamallit Laitetoimittaja A Ohjelmistotoimittaja A Materiaalitoimittaja A Teollinen AM - Tulostus (on site) - Palveluntarjoajat - Paikallinen hub - Kuluttaja 3D-tulostus - kotitulostus Laitetoimittaja B Ohjelmistotoimittaja B Materiaalitoimittaja B 16.9.2015 8
Teollinen AM - sovellusalueet Teollinen AM Koneet ja laitteet 17,5% Kuluttajatuotteet ja elektroniikka 16,6% Moottoriajoneuvot 16,1% Ilmailuteollisuus 14,8% Lääketiede ja hammaslääketiede 13,1% Wohlers Report 2015 16.9.2015 9
Case: suorituskykyisemmät tuotteet Projekti: AM teknologiasta uutta liiketoimintaa 16.9.2015 10
Kevyemmät rakenteet - parempi suorituskyky Mallinnusavusteinen topologinen optimointi on prosessi materiaalin optimaalisen jakauman löytämiseksi annettujen reunaehtojen puitteissa 16.9.2015 11
Topologinen optimointi soveltuu erityisesti ainetta lisäävään valmistukseen Ainetta lisäävä valmistus mahdollistaa monimutkaisten rakenteiden valmistuksen ilman valmistustekniksiä kompromissejä Ainetta lisäävän valmistuksen yhteydessä topologisesta optimoinnista saavutetaan täysi hyöty 16.9.2015 12
3D-tulostettu optimoitu hydraulinen venttiililohko Venttiililohkolla ohjataan hydraulisylinteriä, joka liikkuu nesteen virtauksen mukaan Pienet valmistuserät, kustomointitarpeita Paino 489 g (verrattuna alkuperäiseen 1.446 kg) 66% pudotus painossa Pienempi tilantarve Ei porauksia => ei tulppauksia => ei vuotoja Muotoilulla parempi nesteen virtaus hydraulisen osan sisällä 16.9.2015 13
Case: jälkikäsittelyn automatisointi Projekti: Fimecc MANU P6 16.9.2015 14
Robottiavusteinen jälkikäsittely 3D-tulostetut metalliosat tarvitsevat usein jälkikäsittelyä: Lämpökäsittelyt, tukien poisto, kiillotus etc. Jälkikäsittelyprosesseihin liittyvään osaamiseen ja automatisointiin ilmeinen tarve Teknologian luonteesta johtuen jälkikäsittelyssä ja sen automatisoinnissa tarvitaan uusia lähestymistapoja 15
Turbiinin siiven automaattinen käsittely Taustalla selkeä asiakastarve Case: turbiinin siipi ja sen automaattinen jälkikäsittely 16
TEKNOLOGIASTA TULOSTA Kalvot löytyvät osoitteesta http://www.vtt.fi/3d-tulostus