Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Tuomas Purtonen, LUT: 3D-tulostus ja metallit

1,032 views

Published on

LUT:n Tuomas Purtonen kertoi IIoT ja 3D-tulostusseminaarissa 16.6. metallien 3D-tulostuksesta. Tässä esitysmateriaali.

Published in: Engineering
  • Be the first to comment

Tuomas Purtonen, LUT: 3D-tulostus ja metallit

  1. 1. Metallien 3D-tulostus Tuomas Purtonen IloT-seminaari 16.6.2014, Mikkeli
  2. 2. Esityksen sisältö − Yleiskatsaus metallien 3D- tulostukseen − Menetelmät ja materiaalit − Sovelluskohteet − Mahdollisuudet
  3. 3. 3D-tulostuksesta yleisesti − Yleinen käsitys 3D-tulostuksesta: − ”3D-tulostus on helppoa ja hauskaa” − Voidaan tulostaa mitä tahansa muotoja 3D-mallin pohjalta − Tämä pätee vain joillakin tulostusprosesseilla − Metallien tulostuksessa on huomattavasti enemmän rajoitteita
  4. 4. Metallien 3D-tulostus − Ei pelkkää prototyyppien tekoa − Near net shape –kappaleiden teko − Tulostetun kappaleen mitat lähellä lopullisen kappaleen mittoja, tai lopullisen kappaleen mitoissa − Paljon erilaisia tekniikoita − Monet tekniikoista hyödyntävät lasersädettä lämmöntuonnissa − Metallien 3D-tulostus ei tule korvaamaan perinteisiä valmistusmenetelmiä, vaan tulee niiden rinnalle
  5. 5. Metallien 3D-tulostus Menetelmät ja materiaalit
  6. 6. 3D tulostusmenetelmät − Menetelmät voidaan jakaa 7 eri kategoriaan − Pursotusmenetelmät − Kohdennettu sulatus − Sideaineen suihkutus − Materiaalin suihkutus − Jauhepetisulatus − Arkkilaminointi − Allasvalokovetus
  7. 7. Jauhepetisulatus − Kappale valmistetaan tyypillisesti 0,02-0,05 mm paksuisista kerroksista − Yleisimmin käytetty prosessi metallien tulostuksessa
  8. 8. Kohdennettu sulatus − Materiaalia sulatetaan kohdennetun lämpöenergian avulla − Materiaalit: − Jauhe, lanka, nauha jne. − Kohdennettu lämpöenergia − Laser, elektronisuihku, plasma, valokaari − Jauhepetisulatusta epätarkempi ja rajoittuneempi, mutta tuottavampi
  9. 9. Metallien 3D-tulostus Laatu − Laatu/tulostettavien kappaleiden maksimikoko vaihtelee prosessista riippuen − Mittatarkkuus − Pinnankarheus − Materiaaliominaisuudet − Tietyillä prosesseilla päästään useissa sovelluskohteissa hyvin lähelle haluttuja mittoja, tai jopa lopullisiin mittoihin
  10. 10. Metallien 3D-tulostus Tulostusnopeus − Tulostusnopeus vaihtelee riippuen prosessista, materiaalista ja halutusta tarkkuudesta − Tarkat prosessit 3-20 cm3/h − Vähemmän tarkat jopa 4000 cm3/h − Vertailun vuoksi: MAG-hitsaus 1.2 mm umpilangalla noin 500 cm3/h
  11. 11. 3D-tulostettavat metallit − Jauhepetisulatus − Alumiineja, titaaneja, teräksiä jne. − Periaatteessa kaikki metallit, mitkä saadaan sopivaksi jauheeksi − Tiettyjä rajoitteita − Valmiin kappaleen materiaali: − On huokoseton − Mekaaniset ominaisuudet ovat standardin mukaisia − Materiaalia voidaan hitsata, koneistaa tai työstää muuten samalla tavoin kuin metalleja yleensä − Huom! On olemassa myös metallien tulostusmenetelmiä, joissa lopputuotteen laatu on heikko!
  12. 12. Tukirakenteet jauhepetisulatuksessa − Jauhepetisulatuksella valmistetut metalliset kappaleet vaativat tukirakenteita − Näiden suunnitteluun on erikoisohjelmia − Tukirakenteet tasaavat lämpökuormia kappaleessa
  13. 13. Jälkikäsittelyt − Kappaleen irrotus rakennusalustasta − Tukirakenteiden poisto
  14. 14. Metallien 3D-tulostus Nykypäivän sovelluskohteita
  15. 15. Tulostettavien osien skaala − Pienistä osista useita metrejä pitkiin osiin
  16. 16. Rakenteiden optimointi Lentokoneteollisuus − Sarana − Alun perin koneistettu valuteräsaihiosta − Uusi kappale tulostettu titaanista − Painonsäästöä 63 % − Suutin − Alun perin 21 osaa − Valmistusaika 6  2 vkoa − Kustannukset -50 % − Massa -40 %
  17. 17. Autoteollisuus − Prototyyppien osat − Erikoisautot, kilpa-ajoneuvot
  18. 18. Lääketieteen sovellukset − Implantit − Lonkka, polvi jne. − Hampaat
  19. 19. Kuluttajatuotteet − Silmälasinkehykset − Korkokengän korko − Polkupyörän rungon osat − Koruteollisuus − jne.
  20. 20. Metallien 3D-tulostus Mahdollisuudet
  21. 21. Perinteinen valmistus vs. 3D-tulostus Putkihaara − Perinteisesti tietyissä koneenosissa käytetyt osat valmistetaan koneistamalla ne massiivisista aihioista − Käytännössä kanavan geometrian muodostavat suorat reiät, joita tarvittaessa tulpataan − Muodot eivät ole millään tapaa virtausopillisesti optimoituja − Perinteiset työstömenetelmät rajoittavat kanavageometriaa − 3D-tulostuksella tuote voidaan valmistaa hyvin vapaan suunnittelun perusteella
  22. 22. Perinteinen valmistus vs. 3D-tulostus Putkihaara Tulpat 3D-tulostusPerinteinen valmistus lastuamalla
  23. 23. Perinteinen valmistus vs. 3D-tulostus Putkihaara − Etuja: − Parempi virtaus, vähemmän energiahäviöitä − Materiaalin- ja painonsäästö
  24. 24. Miksi 3D-tulostus? Perinteinen valmistus 1400 kg 12-18 kk toim. aika 1330 kg 6 vk koneistusaika 70 kg 6 vko + 12-18 kk 3D-tulostus 45 kg Hyllytavara 50 kg Hyllytavara 70 kg 3 vko + 0 kk 2 vko Tulostus 25 kg, 1 vko koneistus
  25. 25. − Hydrauliikan komponentti Miksi 3D-tulostus? Esimerkki maailmalta Perinteinen valmistus 20 kg 3D-tulostus 0,95 kg
  26. 26. LUT / KYAMK Case Potkuri − EOS M-sarjan jauhepetisulatuslaite − Tulostusaika 41 tuntia − Tulostetun mallin tilavuus 51 cm3 − Tukirakenteen tilavuus 114 cm3 − Tulostusnopeus  4 cm3/h − Rakenteita ei optimoitu 3D-tulostukseen
  27. 27. Kustannukset − Laite: − 250x250x250 työalueella oleva jauhepetilaite 400 t€ − Materiaali: − 316L jauhe 40-100 €/kg − Tulevaisuudessa laitekustannuksen osuus pienenee Lindemann SFF Symposium 2013
  28. 28. Mahdollisuudet − Mikä hidastaa metallien 3D-tulostuksen soveltamista? − Laitteiden hankintahinta − Käytön haasteet − Tiedon puute, uuden tekniikan vierastaminen − Mahdollisuudet: − Kohteet, joissa painonsäästö tai geometrian vapaa suunnittelu on selvä etu − Prosessiteollisuuden komponentit − Alan suunnitteluosaaminen Suomeen

×