3D-tulostuksen hyödyntäminen valutuotteiden valmistuksessa Valunkäytön seminaari, 31.03 2017 Tampere Roy Björkstrand
3D-tulostus periaate + Luokittelu ja teknologiat - Metallien 3D-tulostus Hyödyntäminen valutuotteissa
3D-tulostus Verrattain nuori teknologia Kerros kerrokselta materiaalia lisäävä valmistustapa Yksinkertainen helppo automatisoida Geometrinen vapaus, haastavat muodot Laitteissa useita erilaisia teknologiakonstruktiota Oleellista valita oikea teknologia ja oikea materiaali 3
3D tulostus - teknologialuokat SFS-EN ISO/ASTM 52900:2017 Sideaineen suihkutus (oli: sideaineen ruiskutus) Suorakerrostus (oli: materiaalin ja lämmön kohdistus) Pursotus (oli: materiaalin pursotus) Materiaalin suihkutus (oli: materiaalin ruiskutus) Jauhepetisulatus (oli: jauhepetitekniikka) Kerroslaminointi (oli: laminointi) Valokovetus altaassa (oli: valopolymerisaatio)
Metallien 3D-tulostus Hybridit? Suorat menetelmät 3D-tulostus Epäsuorat menetelmät 3D-tulostus 3D-AIHIO 3D-VIIMEISTELY (Malli) Muotti Valu Imeyttäminen Sideaine Materiaalin suihkutus 3D-tulostus 5
Välilliset menetelmät 1/5 Sideaineen suihkutus hiekkamuotti tai keraami Sideainetta suihkuttamalla sidotaan halutut kohdat kerroksittain levitettävästä hiekasta / keraamista ja tuloksena syntyy 3D-tulostettu malli / muotti. Valu normaaliin tapaan. www.voxeljet.com www.voxeljet.com www.envisiontec.com Viridis 3d 6
Välilliset menetelmät 2/5 Materiaalin suihkutus (materiaalin pursotus / valokovetus altaassa) vaha + tarkkuusvalu Muodostetaan kerros kerrokselta materiaalia suihkuttamalla vahamalli, jolle voidaan valaa muotti tarkkuusvaluun. www.3dsystems.com 7
Välilliset menetelmät 3/5 Materiaalin suihkutus sintraus Metallin nanopartikkeleita nesteessä, suihkutetaan mustetulostimen tapaan. Suihkutuksessa neste höyrystyy -> metallikappale. Tuloksena korkearesoluutioinen aihio. Sintrataan uunissa. www.xjet.com www.xjet.com www.xjet.com 8
Välilliset menetelmät 4/5 Jauhepetisulatus, polymeeri/metallipartikkelit - sintraus Perinteinen tapa tehdä metallikappaleita. Ei tiettävästi kaupallisia laitevalmistajia. Muovitettua metallijauhetta sulatetaan laserilla kohdennetusti, jolloin muodostuu metallinen aihio (n.80%). Kappale sintrataan lopuksi uunissa. 9
Välilliset menetelmät 5/5 Sideaineen suihkutus - metalli Käyttäen sideainetta muodostetaan metallijauheesta kappale, joka sintrataan uunissa. Lujuus: ~400-700MPa Tarkkuus: 0,13-1,3 mm www.exone.com www.exone.com 10
Suorat menetelmät 1/2 Jauhepetisulatus Pulveripedille kohdistetaan energiaa sulafaasin kautta kiinteä kappale DMLS / DMS / SLM / SLS EBM www.eos.info EADS / Airbus www.eos.info www.arcam.com 11
Suorat menetelmät 2/2 DED suorakerrostus Energian ja jauheen tai langan kohdistus alustalle / valmiille kappaleelle. Myös mekanisoitu kaarihitsaus. www.optomec.com www.sciaky.com www. http://www.trumpf-laser.com.com https://ewi.org/ 13
Entäs ne hybridit? 3D-tulostus ja koneistus samassa koneessa Soveltuvat erityiseen tuotantoon. http://fi.dmgmori.com/ http://www.matsuura.co.jp// 14
Kertaus 3D-tulostus on yleisnimitys useille valmistusteknologioille, joita yhdistää mm. kerros kerrokselta-periaate. Metallitulostuksen menetelmät jakaantuvat suoriin, epäsuoriin ja hybridimenetelmiin Epäsuorat menetelmät jakaantuvat valamiseen tähtääviin malli/muottimenetelmiin ja sekundääriprosessia vaativiin 15
Metallien 3D-tulostuksen trendit Metallikoneita myydään satoja vuosittain kapasiteetti kasvaa vauhdilla Tuotantoprosessit kehittyvät ja tehostuvat, jopa 10x Kappalehinta laskee end component lisääntyy Uusia toimijoita ja fuusioita Integroitu prosessimonitorointi ja laaduntarkastus Automaatioaste kasvaa automaattisia purku ja käsittelyasemia Robotisointi ja IoT ohjaus 3D-viimeistelyssä 16
CADISTA KOMPONENTIKSI (1995) Soligenin keraaminen valumuotti (DSPC) on ensimmäinen askel kokonaan ilman mallia tai työkalua tapahtuvaan valuun. Tämä voi hyvinkin olla valimon tulevaa arkipäivää [Seppo Syrjälä] 17
Tuotantomatriisi 100000 Millä sarjakoolla tietyille kappaleille on vaihtoehtoisia valmistustapoja? Unit cost 10000 1000 Windows of alternative production methods 100 Mitä muita KiKy - ominaisuuksia eri menetelmillä on? (toimitusaika, jälkikäsittelytarve ) 1 1 10 100 1000 10000 DIE CASTING 40253 4028 405,5 43,25 7,025 INVESTMENT CASTING (tooling) 5011 511 61 16 11,5 INVESTMENT CASTING (3D printed) 10 311 311 311 311 311 3D PRINTING 800 800 800 800 800 SAND CASTING 1221 141 33 22,2 21,12 18
3D-tulostuksen ominaisuuksia Ominaisuuksia tuote-/liiketoimintalähtöisesti: -Geometrinen vapaus - erityiset piirteet -Keventäminen on etu lattice-rakenteet -Toimintojen parantaminen kokonaisprosessi! -Digitaalisuus tiedon logistiikka - Scaled payback time http://www.dragonfly.am www.ge.com www. http://www.trumpf-laser.com.com 19
3D-tulostuksen ominaisuuksia Sovelluksia tuotannossa: -Pienet sarjat, pienet osat, kiireelliset ja arvokkaat osat -Yksittäiset osat, personoinnit, design-kokeilut -Yleisesti; työkaluttomuuden hyödyntäminen -Tuotannonohjausnäkökulma -Prototyypit / NPI -Mallien, keernojen ja muottien suora ja epäsuora valmistus www.eos.info http://grismont.paris http://www.farinia.com http://microfabrica.com 20
1500mm Missä hyödynnetty? RollsRoyce; suihkuturbiinin etulaakeri Vectoflow; Virtausmittari [eos.info] Koenigsegg; Turboahdin www.rolls-royce.com 21
Caterpillar Yrityksessä aktiivinen 3D-tulostusohjelma, -Oma 3D-tulostustehdas -Viisi W:tä What to print, Where to print, Who to run the printer, When to print and Why to print. Esimerkki: Polttoainesuodattimen runko Mm. nopeampi toimitusaika www.caterpillar.com 22
3D-tulostuksen hyödyntämispolut Mukaillen; Deloitte Framework of AM paths and values Polku 1 Tuottavuuden kehittyminen, -Kustannusnäkökulma Polku 2 Arvoketjujen kehitys, -Kustannus, tuottavuus logistiikka ja aika Polku 3 Tuotteiden kehitys, -Asiakkaiden tuotevaatimukset Polku 4 Liiketoimintamallin kehittyminen, - Disruptiivinen toiminta 23
Kiitos! Roy Björkstrand Tulevaisuuden tuotantomenetelmät roy.bjorkstrand@aalto.fi +358 50 5980496 27