Millaisia vaatimuksia teollisuustasoinen metallin 3D-tulostus asettaa laitteistolle ja tuotannon laadulle?

Yritysten tarpeisiin vastaava teollisuustason metallin 3D-tulostus asettaa tietyt kriteerit laitteistolle ja tuotannon laadulle. Tässä kirjoituksessa käymme läpi näitä kriteereitä ja sitä, miksi lisäävän valmistuksen aloittamista suunnittelevien yritysten kannattaa ottaa ne huomioon.

Tämä on metallin lisäävään valmistukseen keskittyvän blogisarjamme toinen osa. Sarjan ensimmäisen osa keskittyi ohjaamaan aiheeseen ja sen voit lukea täältä.

Laadukas metallin 3D-tulostus on monen tekijän summa

Aloitetaanpa tällä kertaa kysymyksellä: mitä mielestäsi tarkoittaa laadukas metallin 3D-tulostus?

Me 3D Formtechillä nimittäin lähdemme siitä, että lisäävällä valmistuksella tuotettujen kappaleiden pinnanlaadun, tarkkuuden ja kestävyyden tulee täyttää teollisuuden vaatimukset. Tiesitkö, että 3D-tulostettuja metalliosia löytyy nykyään muun muassa suihkuturbiinimoottorin turbiinien lavoissa? Siinä hiukan miettimisen aihetta, kun seuraavan kerran lennät etelän lämpöön lomalle. Tämä on se taso, jota me edellytämme metallin lisäävältä valmistukselta. Puhutaan siis käyttövalmiista ja taatusti kestävistä kappaleista, ei pelkästään suuntaa antavista prototyypeistä.

Teollisuustasoinen metallin 3D-tulostus koostuu monesta osatekijästä. Laadukkaaseen metallin 3D-tulostukseen kykenevä 3D-tulostin ei yksin riitä, vaan tueksi tarvitaan toimivaksi testatut prosessiparametrit.

Prosessiparametrit ja metallin 3D-tulostus

Prosessiparametrit voidaan ymmärtää ikään kuin 3D-tulostuksen asetuksina. Ja kuten tiedämme ihan arkipäiväisten sovellusten käytöstä, jos asetukset ovat pielessä, niin harvoin lopputuloskaan on ihan sitä mitä toivottiin. Tämä logiikka pätee myös 3D-tulostuksen prosessiparametrien kohdalla.

Metallin lasersulatuksessa (DMLS-menetelmä) prosessiparametrien avulla säädetään mm. sitä, miten 3D-tulostimen laser sulattaa käytössä olevan jauhemaisen metallimateriaalin. Parametrit ovat materiaalikohtaisia eli esimerkiksi alumiinin 3D-tulostuksessa asetukset ovat erilaiset kuin vaikkapa työkaluteräksen 3D-tulostuksessa.

Kun prosessiparametrit ovat kunnossa, on lopputulos metallurgiselta laadultaan juuri sellaista kuin pitääkin. Oikein asetettujen prosessiparametrien avulla pystytään tuottamaan huokosettomia ja kestäviä metallikappaleita, jotka noudattavat tarkalleen aiottuja geometrisia muotoja.

Testattujen ja verifioitujen prosessiparametrien avulla voidaan valmistaa huokosettomia metallikappaleita.

Haasteena tässä on se, että oikeiden prosessiparametrien löytäminen ei ole erityisen helppoa. Pienilläkin parametreihin tehdyillä muutoksilla saattaa nimittäin olla merkittävät vaikutukset lopputulokseen. Vaikka ulkoisesti 3D-tulostettu kappale näyttäisi oikein hyvältä, niin metallurginen laatu voi olla vaikka kuinka kehnoa. Tämän vuoksi parametrimuutoksia ei voida tehdä pelkkien arvausten varassa, vaan kaikki muutokset pitää aina testata, testata ja vielä kerran testata.

Käytännössä testatut ja hyviksi havaitut prosessiparametrit tulevat yleensä laitevalmistajilta. Laitevalmistajat testaavat erilaisia parametrien vaikutuksia metallin laatuun omissa laboratorioissaan ja välittävät tiedon laitteiden käyttäjille. Esimerkiksi meillä 3D Formtechillä on käytössä EOSin testatut prosessiparametrit, joilla pystytään valmistamaan kappaleita ISO-standardit täyttävistä materiaaleista. Olemme siinä mielessä varsin hyvässä asemassa, että EOSin prosessiosaaminen on maailmanlaajuisestikin mitattuna aivan kärkiluokkaa (ja prosessiparametrien kehittäminen tapahtuu itse asiassa EOSin Turun toimipisteessä).

Periaatteessa prosessiparametreihin on mahdollista tehdä muutoksia myös ilman laitevalmistajaa, mutta silloin täytyy sitten itse testata lopputuloksen laatu ja varmistaa, että se täyttää kaikki kappaleelle asetetut vaatimukset.

Myös metallin 3D-tulostimelta vaaditaan paljon

Edellä kuvasimme, mikä merkitys prosessiparametreilla on lisäävän valmistuksen laadun kannalta. Parametrien merkitys on kiistaton, mutta niin on tietysti myös käytössä olevan 3D-tulostimenkin. Ilman laadukasta laitteistoa lopputulokselta ei voi ihan hirveästi toivoa.

Laadukas metallin 3D-tulostin on ensinnäkin mittatarkka, jotta valmistetut kappaleet ovat millilleen sellaisia kuin pitää ja toisekseen riittävän ripeä, jotta sillä pystytään tekemään kivutta myös piensarjatuotantoa. Yleisesti ottaen tällainen laatu edellyttää laitteistolta todella korkeanluokan komponentteja, mikä ei tietenkään ole erityisen halpaa. Laadukkaita metallin 3D-tulostimia ei näin ollen ole löydy ihan joka paikasta. Esimerkiksi me olemme oman EOS M 290 -laitteemme kanssa jonkinasteinen harvinaisuus ihan pohjoismaisellakin mittapuulla.

3D Formtechillä on käytössä EOS M 290 -mallinen metallin 3D-tulostin.

Yhteenveto

Metallin 3D-tulostuksessa laitteella on suuri merkitys, mutta hieman karrikoiden voisi silti sanoa, että samalla laitteella voidaan tehdä täyttä priimaa ja täyttä sekundaa. Laitteen lisäksi tarvitaan siis testatut ja verifioidut prosessiparametrit sekä verifioidut materiaalit, jotta lopputulos on huippulaadukasta – teollisuustasoista. Tähän kun sitten lisätään laadukas suunnittelu- ja simulointiosaaminen, niin metallin 3D-tulostus alkaa kokonaisuudessaan olla vaaditulla tasolla.

Blogisarjan seuraavassa osassa keskitymmekin 3D-tulostuksen prosessissa nimenomaan tuotantoa edeltävään suunnittelu- ja simulointivaiheeseen. Seuraava osa julkaistaan lähiaikoina, pysy siis kuulolla.


Haluatko tietää metallin lisäävän valmistuksen hyödyistä yrityksellenne? Voit olla meihin yhteydessä ihan koska tahansa ja kysyä lisätietoa. Laita kysymystä tulemaan alla olevan lomakkeen kautta, niin me olemme yhteydessä mahdollisimman pian.

Lue blogisarjan muut osat

Osa 1: Metallin lisäävä valmistus – uusi blogisarja alkaa
Osa 3: Metallin lisäävä valmistus perustuu suunnittelulle
Osa 4: Valmistusmenetelmät vertailussa: 3D-tulostus ja koneistus metallikappaleiden valmistamisessa
Osa 5: Metallin lisäävän valmistuksen materiaalivaihtoehdot esittelyssä
Osa 6: Kiinnostaako metallin 3D-tulostus? Näin pääset alkuun