BOOSTI JA INVEST -HANKKEET Suorakerrostus
SUOMEN RAKENNERAHASTO- OHJELMA Rakennerahasto-ohjelma Kestävää kasvua ja työtä 2014-2020 Toimintalinja 2, Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen Temaattinen tavoite: Tutkimuksen, teknologian kehittämisen ja innovoinnin tehostaminen Erityistavoite: Tutkimus-, osaamis- ja innovaatiokeskittyminen alueellisten vahvuuksien pohjalta Rahoitettavissa hankkeissa toteutetaan pääsääntöisesti alla mainittuja toimenpiteitä: kehitetään alueen elinkeinotoimintaa tukevaa tutkimus-, kehitys-, ja innovaatiotoiminnan infrastruktuuria hyödyntäen pilotointi-, kokeilu- ja demonstraatioympäristöjä; luodaan ja kehitetään tutkimus-, osaamis- ja innovaatiokeskittymiä kehittämällä t&k&i ympäristöjä ja kehitysalustoja huomioiden alueiden osaamiskärjet; lisätään yliopistojen, korkeakoulujen, tutkimuslaitosten, ammatillisten oppilaitosten, julkisyhteisöjen ja yritysten t&k&i-yhteistyötä, myös kansainvälisellä tasolla, erityisesti Itämeren alueella.
PIRKANMAAN MAAKUNTASTRATEGIA 2040 Välkky Pirkanmaa: älykäs erikoistuminen ja elinkeinorakenteiden uudistuminen Älykkäät koneet, terveyden tutkimus sekä terveys- ja bioteknologiat (ihmisen varaosat ja keinoaistit), optiikka ja fotoniikka, signaalinkäsittely. Kehittämislinjaukset: 1. Korkeakouluhankkeista rahoitamme pääsääntöisesti vain korkeakoulujen yhteishankkeita. Kasvua ja uudistumista tehostetaan osaamisen kehittämisellä. 2. Kysyntälähtöisellä yritystuki- ja kehittämisrahoituksella tuetaan pääosin tuotekehitykseen, kasvuun ja kansainvälistymiseen tähtääviä hankkeita. EAKRrahoituksen painopiste on Tampereen alueen yritystoiminnassa, maaseutuohjelmarahoituksella tuetaan keskusseutua ympäröivää Pirkanmaata. 3. Pääosa maakunnan t&k&i-resursseista kohdennetaan valituille kärkitutkimusaloille. Vähähiilisyyttä tukevat innovaatiot ovat etusijalla rahoitettavina toimenpiteinä. 4. Klusteritoiminnassa korostetaan temaattisuutta sekä toimiala- ja teknologiarajojen ylittämistä. 5. Liikenneverkon kehittämisresursoinnin painopiste on päätieverkon ja pääradan kehittämisessä
Investointien viitekehys TTY:llä TTY Tutkimuksen taustaosaaminen Muiden tutkimuslaitosten erikoistuminen ja hankinnat Tampere3 Vanguard Initiative kartoitus Osaamiskeskittymät Euroopassa
AM-MENETELMÄT (ISO/ASTM) Material Jetting / Materiaalin suihkutus Binder Jetting / Sideaineen suihkutus Photopolymer Vat / Valokovetus altaassa Material Extrusion / Pursotus Powder Bed Fusion / Jauhepetisulatus Directed Energy Deposition / Suorakerrostus Sheet Lamination / Kerroslaminointi
SFS-ISO/ASTM 52900:2016 Materiaalityyppi Metalli Liittämistila Sulassa tilassa Sulassa ja kiinteässä tilassa Kiinteässä tilassa Raaka-aine Kuitu / nauha Jauhe Levy Materiaalin syöttö Ruiskutuspää Jauhepeti Levypino AM-perusmenetelmä Kohdennettu kerrostaminen alustalle Kohdennettu materiaalin liittäminen pulveripedissä Pinottujen levyjen liittäminen Liitosmenetelmän energialähde EB Laser EB Laser Ultraääni Prosessiluokka Suorakerrostus Jauhepetisulatus Kerroslaminointi
MENETELMIEN VERTAILUA Jauhepeti DED CMT Nopeus Kappaleen koko Monimutkaisuus Rakennusalustan joustavuus Tarkkuus Jälkityöstön määrä Kustannussäästöt Mekaaniset ominaisuudet Materiaalin saanto Lähde:ttä mukaillen Granfield University, Professor Stewart Williams + WAAMMat team
MENETELMIEN VERTAILUA Ominaisuudet Suorakerrostus Jauhepetisulatus Materiaalit laaja rajoittunut (kasvaa nopeasti) Kappaleiden koko Liikuttelulaitteen rajoitukset Piirteiden monimutkaisuus Kasvatuskammion koko rajoittaa rajoittunut Lähes rajoittamaton Minimi seinämänvahvuus 1 mm 0.1 mm Tuotto 500 cm 3 /h 200 cm 3 /h Layer thickness 0.5 mm 0.015 0.1 mm
SUORAKERROSTUSMENETELMIÄ Metallituotteiden tulostukseen Erilaisia suorakerrostusmenetelmiä (TTY) CMT (Cold MetalTransfer) laser+lanka (koaksiaalinen langansyöttö) laser+jauhe CMT+laser laser+kuumalanka laser+kuumalanka (koaksiaalinen langansyöttö) kylmäruisku laser+kylmäruisku induktioavusteisuus Ei yhtä tarkka kuin jauhepetimenetelmä Käytetään erityisesti korjauksiin
Metallien suorakerrostusjärjestelmä TTY:llä
SUORAKERROSTUSTYÖASEMA Robotti: ABB IRB4600-40/2.55 Pyörityspöytä ABB IRBP A-750 CMT: Fronius CMT Advanced 4000R Laser: Corelase 3kW kuitulaser Laserlankapää: FhG IWS COAXwire Kappaleiden laserskannaus- ja mittauslaitteisto: Rohmer AbsoluteArm 7525E ja HPL-20.8 ulkoinen skanneri Rohmer Absolute Arm 7525E ja HPL-20.8 ulkoinen skanneri Jauhepää: FhG COAX8 Jauheen syötin: Medicoat Duo laser
SUORAKERROSTUSLAITTEISTO, CMT
CMT (Cold Metal Transfer) Fronius Advanced 4000 High speed digital control Wire retracted at up to 140Hz Wire motion directly incorporated to electrical control Max I = 400 A Solid wires up to Ø1.2mm Tubular wires up to Ø1.6mm Main benefits: Low dilution Low heat input High productivity Material efficient Energy efficient (wall-plug, process) Power by aggregate On-site eligible ID cladding, Ø>100mm Low investments No optical elements Low safety precaution
Lähde: TUT, Jari Tuominen
Lähde: TUT, Jari Tuominen
SUORAKERROSTUSLAITTEISTO, LASERLANKAPÄÄ
LASER SUORAKERROSTUS LANGALLA
SUORAKERROSTUSLAITTEISTO, LASERLANKAPÄÄ
TTY:lle rakennettava metallien suorakerrostusjärjestelmä
ROBOTIN KÄSIOHJAIMELLA OHJELMOINTI PARAMETRISOIDUILLE MUODOILLE
TTY:lle rakennettava metallien suorakerrostusjärjestelmä
PROSESSIN TIEDONKERUU Suorakerrostus prosessin monitorointi perustuen moderneihin pilvipalveluihin Pilvipalvelut tarjoavat sekä tarvittavan serveripuolen infrastruktuurin että käyttöliittymän toteutusalustan Servereiden ylläpidon tarve vähenee Käyttöliittymien mukailtavuus ja toteutus nopeutuu Toisaalta palveluiden tarjoaja on talon ulkopuolinen taho
PROSESSIN TIEDONKERUU Toteutus on jaettu kolmeen osioon: Prosessin ajonaikainen monitorointi Valmistuneesta prosessista kerätyn datan visualisointi Valmistuneen prosessin raportointi
TIEDONKERUUN ARKKITEHTUURI
AJONAIKAINEN MONITOROINTI
VALMISTUNUT PROSESSI
YHTEENVETO TIEDONKERUUSTA Valitut alustat mahdollistavat datan laajemman analysoinnin Valittujen alustojen kautta anturointien lisääminen ja niistä saatavan datan käsittely helpottuu Virheilmoitusten liipaisu helpottuu & ennakoivat huoltotoimenpiteet Suunnittelu ja toteutus vaiheessa on pidetty mielessä mahdollisuus suorittaa serveripuolen käsittely toisen palvelutarjoajan alustalla
TTY:lle rakennettava metallien suorakerrostusjärjestelmä Digitointi
TUOTEIDEASTA KAPPALEEKSI Tuoteidea 2D piirustus Fyysinen malli 3D digitointi Pistepilvi Datan keräys 3D mallinnus DXF STEP, IGES, Takaisinmallinnus Pintamalli Kolmioverkko Datan jalostus
KAPPALEIDEN MITTAUSLAITTEISTO Laitteisto: Rohmer Absolute Arm 7525E ja HPL-20.8 ulkoinen skanneri Mittausalue: 2.5 m Kärkimittaus Toistovirhe < 27 µm Volumetrinen virhe < ± 38 µm Skanneri Viivanleveys: min 20 mm, max 231 mm Pistetiheys enimmillään 13 µm Skannausetäisyys 180 mm ±40 mm Piirteiden muotovirhe enimmillään 9 µm Mittausohjelmisto: Polyworks Inspector Premium & Modeller
ESIMERKKI KORJAUKSESTA Korjattava kappale Skannaus 29.071737,77.157059,-6.546272 29.004244,80.397972,-6.535082 28.978340,83.641487,-6.504576 28.979300,86.885193,-6.465606 28.992310,90.126701,-6.429052 Datan käsittely esim. korkeuskäyrät Paikkakoordinaatit robotille
Keraamikappaleiden tulostus BOOSTI JA INVEST -HANKKEET
KERAAMIEN VALOKOVETUS ALTAASSA Nesteen fotopolymerisointiin perustuvalla laitteistolla voidaan tulostaa erilaisia tarkkoja ja tiiviitä keraamikappaleita. Käytettäviä materiaaleja ovat mm. alumiinioksidi ja zirkoniumdioksidi. Soveltuu kohteisiin, joissa kulumiskestävyys, kovuus ja kemiallinen kestävyys sekä korkeat lämpötilat ovat tärkeitä. Lithoz CeraFab 7500 Tulostusalue 76 x 43 x150 mm Kerrosvahvuus 25-100 µm Nopeus max. 100 kerrosta/h TTY 2016/1
KERAAMIEN VALOKOVETUS ALTAASSA
TESTIKAPPALE