1. No category

3D-tulostuksen ja
tutkimuksen suuntaviivoja
Prof. Kari T. Koskinen
Jorma Vihinen
Opi ja oivalla 3D-tulostus
2014-06-10
1
Sisältö
•
•
•
•
•
3D-tulostuksen markkinat
Yleisimmät menetelmät
Metallien 3D-tulostus
Tutkimuksen yleisiä suuntaviivoja
TTY:n suuntauksia
Opi ja oivalla 3D-tulostus
2014-06-10
2
Additive Manufacturing (3D Printing)
Materiaalia lisäävä valmistus (3Dtulostus, AM-tekniikka)
• “The process of joining materials to make objects from
3D model data, usually layer upon layer, as opposed to
subtractive manufacturing methodologies”
• AM-liiketoiminnan arvo globaalisti oli 3.07 miljardia
dollaria vuonna 2013
Opi ja oivalla 3D-tulostus
2014-06-10
3
AM markkinat
Markkinaennuste
AM-markkinat
AM-laitteiden myynti (hinta > $5000)
Opi ja oivalla 3D-tulostus
2014-06-10
4
AM-menetelmät (ASTM / ISO)
Material Jetting /
materiaaliruiskutus
Binder Jetting /
sideaineruiskutus
Powder Bed Fusion / Directed Energy
jauhepetimenetelmä Deposition /
suorakerrostus
Photopolymer Vat /
nesteen fotopolym.
Material Extrusion /
materiaalin pursotus
Sheet Lamination /
laminointi
Direct Write /
suoratulostus
Opi ja oivalla 3D-tulostus
2014-06-10
5
Metal additive manufacture
•
1926 Baker – patentti “Sähkökaaren käyttö
teholähteenä kerroksittain sulatettujen 3D
kappaleiden valmistamisessa”
•
1980-luvun lopulla ja 1990-luvun alussa
kehitettiin ja patentoitiin useimmat nykyisin
käytössä olevat teknologiat
•
2010-luvulla esim. lentokoneteollisuus on
ottanut menetelmän käyttöön.
–
polttoainejärjestelmän ruiskutussuutin – Swirler
–
kiinnitin
Opi ja oivalla 3D-tulostus
2014-06-10
6
Jauhepetimenetelmä
XY-skanneri
Laser
Suojakaasu
Lasersäde
Prosessikammio
Jauheenlevitin
Jauhe
Kappale
Liikuteltava alusta
Opi ja oivalla 3D-tulostus
2014-06-10
7
Esim. jauhepetimenetelmästä
Opi ja oivalla 3D-tulostus
2014-06-10
8
Suorakerrostus
Lasersäde
Jauheensyöttö
(langansyöttö)
Sula
Kerros
Lämpövaikutusalue
(HAZ)
Opi ja oivalla 3D-tulostus
2014-06-10
9
Esim. suorakerrostuksesta
Opi ja oivalla 3D-tulostus
2014-06-10
10
AM markkinat (metalli)
• 90 % laitteista jauhepetimenetelmällä
• 10 % suorakerrostuslaitteita
Metalli AM-laitteiden myynti
Opi ja oivalla 3D-tulostus
2014-06-10
11
Tutkimuksen suuntaviivoja
Tuottavuus
Materiaalit
– Tehon kasvattaminen, laserin säteen
muokkaaminen
– Useiden teholähteiden ja
liikuttelulaitteiden käyttö
– Liikuttelunopeuden kasvattaminen
– Uudet skannausstrategiat
– Kerrosten levitysnopeuden
parantaminen
– Jauheiden standardointi sopivaksi eri
valmistajien laitteille
– Uusien materiaalien kehittäminen
AM-menetelmille
Prosessin stabiilisuus
– Prosessin takaisinkytkentä
(monitorointi ja ohjaus)
– Prosessin lämpötilanhallinta
– Jäännösjännitysten pienentäminen
Laatu
– Jälkityöstön vähentäminen
– Virheiden havaitseminen
mahdollisimman aikaisessa
vaiheessa
– Pinnanlaadun parantaminen
Standardointi
– Suunnittelu- ja tarkastusstandardit
Koulutus
Opi ja oivalla 3D-tulostus
2014-06-10
12
TTY:n suuntauksia
Koko prosessiketjun suunnittelu ja hallinta digitaalisesti ja reaalimaailmassa
Suunnittelu
Järjestelmä
Teholähteet
3D-tulostus
Asetus
Parametrit
Jälkityöstö
Materiaali
Monitorointi
Opi ja oivalla 3D-tulostus
2014-06-10
13
TTY:n suuntauksia
• Vuoden 2015 aikana hankitaan jauhepetimenetelmään
perustuva monipuolinen AM-laite
– Prosessitutkimusta
– Materiaalitutkimusta
– Opetusta
• Suorakerrostusprosessissa pinnoituksesta 3Dtulostuksen suuntaan
– Laserpohjaiset tai –avusteiset menetelmät
– CMT-menetelmä
• Tuki yrityksille AM-laitteiden hankinnassa ja käytössä
Opi ja oivalla 3D-tulostus
2014-06-10
14