3D Formtechin asiantuntijat Patrik “Muovimies” Oksanen ja Ville “Metallimies” Niemelä haastoivat toisensa roast-henkisessä webinaarissa metallin 3D-tulostamisen ajankohtaisten kysymysten äärellä. Kokosimme tähän tärkeimmät nostot webinaarin keskusteluista. Lataa lopusta myös webinaaritallenne!
Hinta: kannattaako metallitulostaminen teollisuudessa?
On fakta, että metallitulostaminen on hintavampaa kuin muovitulostaminen, ja että metallitulosteen yksikköhinta saattaa nousta arvokkaammaksi kuin valamalla ja koneistamalla tehdyn osan. Siihen on monta syytä:
- Materiaali, josta tulosteita tehdään, on kilohinnaltaan jonkin verran arvokkaampaa kuin vaikka rautakaupasta valmiina ostetut metallikappaleet tai muovi.
- Metallin tulostamiseen käytetyt koneet ovat hankintahinnaltaan arvokkaita high-end-laitteita, teolliseen käyttöön tarkoitettuja tulostimia.
- Metallin tulostaminen vaatii enemmän henkilöstöresursseja kuin muovin tulostaminen, sillä metallitulosteiden jälkikäsittely on aikaa vievää.
- Metallitulosteet ovat muovia painavampia, mikä nostaa logistiikkakustannuksia.
Metallitulosteen hinta muodostuu kaikista näistä tekijöistä. Perinteisesti valmistettujen metalliosien hintaan suoran vertailun sijaan kannattaa kuitenkin miettiä, mitä hyötyjä tulostamisella saadaan aikaan. Mitä tulostettu osa mahdollistaa ja mitä lisäarvoa tulostaminen tuo tuotteelle? Silloin hinta ei enää ole ratkaiseva tekijä.
Jos kappaleen valmistukseen voidaan käyttää muovia, se on toki vaihtoehtona edullisempi. Metalli on kuitenkin oikea valinta silloin, kun osiin vaaditaan lämmönkestoa, lujuutta ja kestävyyttä.
Eri tulostusmateriaalien välillä on hintaeroja, mutta vielä enemmän tulosteen hintaan vaikuttaa sen tulostusnopeus. Alumiini on metallimateriaaleista edullisin molemmista näkökulmista: se on kilohinnaltaan halvin ja myös nopein tulostaa.
Laatu: millaista jälkeä metallitulostamisella oikeasti saadaan?
Tosin kuin joskus luullaan, metallin tulostus ei ole sintraamista. Nykyään, kun käytössä on tehokkaat laserit, metallin tulostus tapahtuu hitsaamalla. Materiaali sulatetaan täysin ja siitä tulee erittäin tiivistä. Lujuuden suhteen metallitulostamisessa ei siis ole ollut enää aikoihin ongelmia, vaan tulostetuista osista tulee kestävämpiä kuin valetuista. Tulostuksen jälkeen metallikappaleelle tehdään vielä lämpökäsittely uunissa, jotta jännitykset saadaan poistettua kappaleesta.
Hyvä esimerkki metallitulosteen kestävyydestä on 3D Formtechin ruostumattomasta teräksestä valmistama nostokoukku, joka suunniteltiin kestämään 600 kg paino. Testissä se kesti jopa 1200 kg painon, kunnes taipui. Katso video täältä.
Tulostetut metallikappaleet ovat myös käyttöiältään vähintään yhtä hyviä kuin muilla tavoilla valmistetut, eikä niillä ole parasta ennen -päiväystä. Ratkaisevaa on se, että osa on suunniteltu niin, että se kestää.
Kuten kaikissa valmistusmuodoissa, myös tulostettavien osien kohdalla on ymmärrettävä valmistusmenetelmän vaatimukset. Metallin 3D-tulostamisessa on omat lainalaisuutensa, jotka pitää tietää, jotta kappaleesta saadaan tulostettava. Yksi tärkeä näkökulma on tukirakenteiden tarve: niiden poistaminen tulostamisen jälkeen on työlästä, joten osat kannattaa pyrkiä suunnittelemaan mahdollisimman vähän tukirakenteita vaativiksi, mieluiten itsensä kantaviksi.
Mahdollisuudet: mihin kaikkeen metalli taipuu ja mikä on vielä haastavaa?
Metallitulostamisen kasvuvauhti on nykyään jo muovia nopeampaa, ja sen tulostus on vakiinnuttanut paikkansa yhtenä metallikappaleiden valmistusmuotona. Sen ei kuitenkaan ole tarkoitus kokonaan korvata perinteisiä valmistustapoja, vaan tuoda lisää mahdollisuuksia.
Metallin 3D-tulostus mahdollistaa jo kohtuullisen massiivisten osien tulostamisen. Todella isojen kappaleiden kohdalla kannattaa kuitenkin miettiä, onko järkevää tulostaa koko kappaletta vai vain osa siitä ja hitsata tulostettu osa kiinni perinteisesti tehtyyn toiseen osaan.
Vaikka metallitulosteet valmistuvat eri periaatteella kuin muovitulosteet, joita voi yhdellä kertaa tulostimessa tehdä vaikka monta kymmentä, myös metalliosia voi tulostaa samalla kertaa päällekkäin useampia. Näin valmistaminen on kustannustehokkaampaa ja nopeampaa kuin yksitellen tulostaminen. Tulostuksen jälkeen osat sitten irrotetaan toisistaan.
Metallitulostus voittaa perinteiset valmistustavat esimerkiksi tilanteissa, joissa aiemmin valamalla valmistettu tuotantolaitteen osa on tärkeää saada korvattua nopeasti. Piirustuksia ei tarvita, vaan liikkeelle voidaan lähteä CAD-mallista. Osaa voidaan myös tarvittaessa muokata, jotta sen tulostaminen onnistuu edullisemmin. Tulostamalla valmis osa saadaan käyttöön jo parissa viikossa ja koneet takaisin käyntiin.
Kun ajatus metallitulostamisen käyttämisestä osan valmistamiseen nousee esille, kannattaa 3D-tulostamisen yhteistyökumppaniin ottaa yhteyttä mahdollisimman aikaisessa vaiheessa. Silloin on helpompi tehdä mahdolliset design-muutokset, joilla osasta saadaan mahdollisimman toimiva ja valmistuksesta kustannustehokasta.