3D-TULOSTUS palvelee jo kunnossapitoa

Kolmiulotteinen mallintaminen ja tulostaminen on jo laajasti käytössä prototyyppien valmistuksessa. Sitä voidaan soveltaa myös silloin, kun tarvitaan äkkiä hankalasti saatavia varaosia. Monessa tapauksessa korjauksen nopeutumisesta ja varaosavaraston pienenemisestä kertyy mittavat säästöt.

HANKALAN OSAN hajotessa on ollut tavanomaista tilata se koneen valmistajan lähimmästä toimipisteestä tai valmistuttaa se esimerkiksi lastuamalla ja hitsaamalla. Joskus kuitenkin toimitusajat ovat toivottoman pitkiä tai valmistaja on saattanut kadota kokonaan markkinoilta.

  Tietokone on tuonut osaratkaisun pulmaan. Kehittynyt digitaalikuvaus auttaa luomaan kappaleesta tarkan kolmiulotteisen mallin. Se voidaan syöttää jälleen tulostukseen, joten korvaava osa on parhaimmillaan hyvinkin nopeasti käytössä. Menetelmää voisi kuvata käänteissuunnitteluksi (reverse engineering), jolloin uuden kappaleen valmistukseen tarvittavat tiedot saadaan jo olemassa olevasta osasta.

  Käänteinen suunnittelu on erityisen sopiva kunnossapidon tarpeisiin, kun pitää mitata kappale kolmiulotteisesti ja kyetä sitten kopioimaan se. Tulostaminen olisi vielä helpompaa, jos koneen tai laitteen valmistaja suostuisi jakamaan kuluvien tai rikkoutumisalttiiden erikoisosien 3d-mallit, mutta mittatarkka kuvaus saadaan myös kuvaus- ja mittausmenetelmin.

Ajan mittaan yrityksille kertyy huomattavaa säästöä siitä, että niiden varaosaluettelot siirtyvät sähköisiksi kirjastoiksi. Kun osien geometria on kolmiulotteisena mallina ja sen lisäksi kenties valmiina valu- ja työstötiedostoina, fyysisesti säilytettävien osien määrä, arvo ja tila karsiutuvat olennaisesti.

Vaihtelevat materiaalit

Tulostuksessa voidaan käyttää lukuisia eri menetelmiä ja materiaaleja. Muoveja voidaan kovettaa nesteestä laserin tai uv-valon avulla ja samoin laserilla voidaan sintrata metallijauhetta kiinteäksi metalliksi. Tulostusmateriaaliksi soveltuu myös vaikkapa sokeri tai betoni. Myös numeerisesti ohjattua lastuamista voidaan pitää 3D-tulostamisena, joskaan sitä ei yleensä mielletä sellaiseksi.

  Kiinalaiset ovat kohonneet kolmiulotteisen tulostamisen eturiviin. He ovat valmistaneet esimerkiksi yhtenä tulostuksena kuusimetrisen titaaniseoskappaleen lentokoneteollisuudelle. Osan hinta putosi kahdesta miljoonasta kymmenesosaansa, ja valmistusaika kahdesta vuodesta 55 päivään. Laserkasvatuksella kyettiin puolestaan valmistamaan titaanista matkustajakoneen viisimetrinen keskisalko, jonka paino putosi taotun osan yli 1600 kilosta 136 kiloon samaan aikaan kun mekaaniset ominaisuudet paranivat.

  Kustannusten puolesta kaksi tulostusmenetelmää on tullut viime aikoina suosituiksi. Ensinnäkin muovitulostus, jossa muovilankaa sulatetaan kerroksittain, kunnes haluttu muoto on saavutettu. Toisaalta hiekkatulostuksella on huomattava valmistustekninen merkitys, sillä näin saadaan tietokonekuvasta suoraan valumuotteja ja keernoja.

01_Promaint_3-2014a

Katosiko alkuperäinen koneen valmistaja Neuvostoliiton mukana? Ei hätää, rikkoutunut tai kulunut osa voidaan skannata kolmiulotteisesti ja sen pohjalta syntyy valumuotti keernoineen hiekkatulostusta käyttäen.

Muovilankaa kuumailmalla tulostavat laitteet ovat olleet erityisen edullisia, ja niiden kohdalla voidaan puhua kustannuksiltaan jo koti- tai konttoritekniikasta. Tällaisia pientulostimia valmistaa esimerkiksi helsinkiläinen Suomen Laatujälki; yrityksen päätoimiala on laatu- ja vauriotarkistukset esimerkiksi elektronimikroskopian keinoin.

Soveltuvien muovilaatujen kirjo kasvaa nopeasti, ja San Diegon SolidWorks 2014 -lehdistötapaamisessa oli esillä myös hiilikuitulujitteisia kappaleita valmistava tulostin. Samoin esiteltiin myös monivärisiä kappaleita ja monia eri materiaaleja sisäkkäin tulostavia laitteita.

  Ratkaisussa oli kaksi tulostuspäätä, joista toinen tuotti tavallista, toinen yhtenäisellä lasi- tai hiilikuitulujitteella vahvistettua nylonia. Ratkaisu antoi mahdollisuuden optimoida lujuuden suunta sekä lopullisen kappaleen hinta. Taitava suunnittelija kykenee muiden muassa valmistamaan suljettuja hunajakennorakenteita syntyvän osan sisälle. Myös hiilinanoputkilla lujitettua materiaalia voi käyttää, mikäli se kustannuksiin nähden on perusteltua.

Valmis valu muutamassa päivässä

Valkeakoskelainen Hetitec on hankkinut valumuottien ja keernojen tulostamiseen vaadittavan laitteiston. Metallivalulla on mahdollista valmistaa mutkikkaita muotoja, joiden sisärakenteita ei voi lastuamalla toteuttaa. Koska metalliseosten mekaaniset ominaisuudet kattavat laajan alueen, teollisuuden ja kunnossapidon edellyttämät lujuus- ja kulumisominaisuudet saavutetaan niissäkin kohteissa, joissa muovien kesto loppuu.

– Nopeimmillaan asiakas saa valmiin osan kolmessa päivässä siitä, kun me saamme halutun kappaleen geometrian. Keskimääräinen muotin toimitusaika on yhdestä kahteen viikkoa, joka on selvästi nopeampaa toimintaa kuin perinteellisellä valimotekniikalla tehtynä, sanoo Hetitecin toimitusjohtaja Ville Moilanen.

Hän kertoo, että valmistusprosessi on jaettu eri osaajien kesken. Yksi yritys hoitaa kappaleen mittaamisen ja sen geometrisen muodon määrittämisen, toinen taas vastaa valuteknisestä teoriasta ja valun simuloinnista. Muotin ja keernojen valmistuksen lisäksi tarvitaan valimo ja kenties koneistamo, joka viimeistelee lastuamista tai hiomista vaativat pinnat.

Mielenkiintoinen piirre on, että hiekasta muovattu muotti sopii myös laminoinnin alustaksi. Se voidaan viimeistellä epoksilla, jolloin se kestää pienen tuotantosarjan valmistuskerrat. Jos muotti on kertakäyttöinen, siinä voi olla myös negatiivisia päästöjä, sillä hiekkamuotti on helppo hajottaa laminoinnin jälkeen. 

Lauri Lehtinen, lehtinen.lauri@kolumbus.fi

Uusimmat artikkelit

Ruokolahdella robotit takovat tulosta, puolittavat henkilöstökulut

Runsaat 30 henkeä työllistävä konepaja ITA Nordic uskoo robotteihin. Investointien lähtökohtana on automatisoida työstökone.

18.12.2017 | Alan Uutiset

Vastavalmistuneiden insinöörien työllisyys ja alkupalkka paranivat

Vastavalmistuneet insinöörit löytävät aikaisempaa helpommin töitä ja alkupalkat ovat samalla nousseet, kertoo Insinööriliiton uusin työmarkkinatutkimus.

18.12.2017 | Tutkimus ja koulutus

Suomalaista LigniOx-teknologiaa kehitetään yritysyhteistyönä betoninnotkistinmarkkinoille

VTT:n kehittämän LigniOx-teknologian avulla sellutehtaiden ja muiden biojalostamoiden sivuvirtana syntyvästä ligniinistä voidaan valmistaa betoninnotkistimia, jotka pystyvät kilpailemaan nykyisten kaupallisten tuotteiden kanssa. Suomalaiset yritykset ANDRITZ Oy, Metsä Fibre ja St1 ovat kehitystyössä avainasemassa VTT:n ohella.

SSAB on päässyt sopimukseen Oxelösundin tehtaan toimintahäiriön korvauksista

SSAB on päässyt lopulliseen noin 315 miljoonan Ruotsin kruunun sopimukseen joulukuussa 2016 Oxelösundin terästehtaalla joulukuussa 2016 tapahtuneen muuntajarikosta johtuvan toimintahäiriön korvauksista vakuutusyhtiön ja toimittajan kanssa. Sovinnolla on noin 265 miljoonan kruunun positiivinen vaikutus vuoden 2017 neljännen vuosineljänneksen tulokseen.

VTT ja Nokian kaupunki suunnittelevat kierrätysmuovien jalostamista ECO3-yritysalueella

VTT:n ja Nokian kaupungin tavoitteena on kehittää Nokian bio- ja kiertotalouden ECO3-yritysalueelle malli uudentyyppisestä kierrätysmuovitehtaasta, joka mahdollistaa uutta liiketoimintaa muovin kierrätyksen ja kierrätysmuovin teollisesta jalostamisesta. 

Uuden sukupolven induktiiviset FAG HEATER -lämmittimet - Nopeampi lämmitys säästää aikaa ja energiaa

Schaefflerin uuden sukupolven FAG HEATER -lämmittimillä voidaan lämmittää jopa 1600 kg painoiset työkappaleet nopeasti ja tehokkaasti. Uusien lämmittimien entistäkin parempi hyötysuhde tekee niistä markkinajohtajia, joiden korkea suorituskyky ja alhainen energiankulutus tarkoittavat mm. 30-50 % nopeampaa lämmitystä.