TURUN AMK

Alan osaajien koulutus

Teollisuuden ja muiden alan yritysten kannalta keskeisin hyöty tulee olemaan alan osaajien koulutus, jossa hyödynnetään tutkimustyössä saatua tietoa ja osaamista. Tarjoamme myös tutkimusta suoraan kumppaneille. Kaikkea ei tietysti täydy keksiä itse, vaan hyödynnämme myös yhteistyökumppaniemme osaamista ja kalustoa. Varsinais-Suomessa on vahvaa osaamista ainetta lisäävästä valmistuksesta niin suunnittelussa, tuotannossa kuin myös laitteissa. Lisäksi täällä on paljon teollisuutta, jolle ainetta lisäävä valmistus voi tuottaa paljon lisäarvoa, kertoo Pekka Törnqvist Turun AMK:sta.

Käänteisellä kilpailutuksella hyvään lopputulokseen

Keskeisin laitehankinta, metallintulostimet, päätettiin toteuttaa budjetin raamien takia käänteisenä kilpailutuksena. Ensin määriteltiin haluttavat ominaisuudet ja niiden painoarvot, sitten pyydettiin laitetoimittajilta tarjous parhaasta laitteesta tai laitteista, mitä käytettävissä olevalla rahalla on saatavissa.

– Parhaan sisällön meidän budjetillemme tarjosi SLM Solutions, jolta Vossi Group Oy maahantuojana tarjosi käytettyjä, tehdashuollettuja SLM280 TWIN400W 3D-metallintulostimia. Ratkaisevat tekijät olivat kaksi 3D-metallintulostinta, tulostusalueen koko ja parametrien avoimuus. Riittävän iso tulostusalue mahdollistaa hyvin myös isojen kappaleiden tulostamisen. Myös kappalekohtaisten kustannusten jakautumista voidaan tutkia, esimerkiksi käyttämällä hyväksi isoa tulostustilaa. Parametrien avoimuus on laboratoriokäytössä ehdoton etu ja mahdollistaa eri muuttujien testaamisen hallitusti. Ilman sitä tutkimuksellinen hyöty jäisi merkittävästi vajaammaksi.

Turun ammattikorkeakoulu on hankkinut kaksi SLM280 TWIN400W 3D-metallitulostinta ainetta lisäävän valmistuksen osaamiskeskukseen, joka on muodostettu osana Multi­component Materials Centre of Expertise for Additive ­Manufacturing (MMAM) -hanketta. Käänteisellä kilpailutuksella käytettyinä hankitut koneet tulevat palvelemaan ainetta lisäävän valmistuksen tutkimusta ja koulutusta. Kuvassa Pekka Törnqvist.

Mallikelpoinen työtila huolellisella valmistelulla

Koneen hankinta oli suoraviivainen ja nopea prosessi. Myös käyttöönotto sujui ongelmitta. Eniten aikaa vievä vaihe oli työtilan saaminen valmiiksi. Siinä ei haluttu oikoa mutkia, sillä lopputuloksen haluttiin olevan paras mahdollinen ja toimivan mallina myös muille samanlaista investointia tekeville. Huolellinen työ on myös kantanut hedelmää ja tilat ovatkin erittäin toimivat.

– Hyvien tilojen suunnittelu aloitettiin vertaamalla käytäntöjä eri oppilaitoksissa ja teollisuudessa, mahdollisuuksien mukaan myös paikan päällä. Saimme hyviä ideoita siitä mitä haluamme ja myös siitä mitä emme halua. Nopeasti päädyttiin siihen, että SLM 280 HL TWIN400W 3D-metallintulostimille tehdään kokonaan omat tuotantotilat, jotta siisteydestä ja paloturvallisuudesta saadaan huolehdittua mahdollisimman hyvin.

– Varsinainen suunnittelutyö tehtiin syksyllä yhdessä eri alojen ammattilaisten kanssa. Myös palotekninen suunnittelu oli vahvasti mukana. Lopputuloksesta esimerkkinä voidaan sanoa, että tilat on kevyesti alipaineistettu metallipölyn leviämisen estämiseksi. Ilmanvaihto on myös mitoitettu niin, että ilmavirtaus ei ime pölyä, vaan kaikki jää tilaan sisälle helposti siivottavaksi.

– SLM 280HL TWIN400W 3D-metallintulostimien käyttöönotto meni suoraviivaisesti ja ongelmitta. Kun tilat olivat valmiit, Vossi hoiti asennuksen. Koko prosessi kesti viikon, josta asennus vei kolme päivää ja koulutus kaksi. Myös itse asennuksessa oli koulutuksellinen näkökulma, sillä olin itse mukana tekemässä, jotta opin tuntemaan konetta mahdollisimman hyvin.

– Jos projektia lähdettäisiin toteuttamaan nyt alusta nykyisillä tiedoilla, suunnitteluprosessi aloitettaisiin luultavasti jo aiemmin, että koneet saataisiin käyntiin nopeammin toimituksen jälkeen. Suunnittelutyöhön käytettäisiin edelleen riittävästi resursseja, sillä jo nyt nähdään, että huolellisuus kannatti ehdottomasti.

Yhtenä tämän hetken tutkimuskohteena on kappaleiden orientaation vaikutus mittatarkkuuteen.

Etupainotteista koulutusta

Metallien 3D-tulostamiseen liittyvä koulutus on aloitettu jo ennen tulostimen saapumista. Ainetta lisäävä valmistus tarvitsee menetelmäkohtaista osaamista jo tuotesuunnitteluvaiheessa.

– Me olemme teettäneet opiskelijoilla harjoitustyönä suunnitelmia ruiskuvalumuoteista. On melko selvää, että ainetta lisäävän valmistuksen pinnanlaatu ja tarkkuus ei riitä sellaisenaan muottikäyttöön, mutta toisaalta muotovapaus mahdollistaa esimerkiksi huomattavasti tehokkaampien jäähdytyskanavien suunnittelun. Simuloinneissa jäähdytystä onkin saatu parannettua suunnittelemalla muotin jäähdytyskanavat muotovapaasti verrattuna perinteiseen menetelmään, suorien reikien ristiin poraamiseen. Koska omia tulostimia ei vielä ollut käytettävissä, niin ensimmäiset muotti-insertit joissa jäähdytyskanavat oli uudelleen suunniteltu, tilasimme Salon Metalelektrolta ja niitä päästään testaamaan käytännössä jakopintojen koneistuksen jälkeen.

– Tuotesuunnittelun toinen opetettava osa-alue on kappaleiden topologinen optimointi, jossa kappale suunnitellaan mahdollisimman kevyeksi ominaisuuksien kärsimättä. Omat tulostimet mahdollistavat suunnittelun tulosten viemisen käytäntöön. Ensimmäiset itse suunnitellut ja tulostetut kappaleet ovat toisen projektimme, sähköisen rallicross-auton kiinnikkeitä. Se tulee myös osaltaan toimimaan testialustana. eRallyCross -projektissa yhtenä kehitystavoitteena on myös akkujen tehokas jäähdyttäminen jossa suunnittelu, simulointi ja valmistus 3D-tulostamalla tulevat olemaan merkittäviä tutkimuskohteita.

Kahdelle SLM 280 TWIN 400W 3D-metallitulostimelle rakennettiin oma tuotantotila puhtauden varmistamiseksi.

Lisää osaajia yrityksille

Hankkeen ja SLM 280HL TWIN400W 3D-metallintulostimien yhtenä tavoitteena on tuottaa uutta osaamista alueen yrityksille. Kuten muissakin tuotantomenetelmissä, on myös ainetta lisäävässä valmistuksessa kysyntää erilaisille ja eri tasoisille osaajille.

– Insinööreillä koulutus painottuu tuotanto- ja tuotekehitystekniikkaan. Tuotantotekniikassa ainetta lisäävä valmistus on jo nyt yhtenä menetelmänä muiden joukossa, mutta uudet laitteet laajentavat mahdollisuuksia merkittävästi. Pääsemme harjoittelemaan metallien tulostamista käytännössä sekä näkemään siihen liittyviä etuja ja rajoitteita. Tuotekehitystekniikassa kyse on myös menetelmän etujen hyödyntämisestä tuotekehityksessä ja suunnittelussa, mutta myös toisaalta rajoitteiden tuntemisesta.

– Tulevaisuudessa saadaan ammattikorkeakoulu, yliopisto sekä toinen aste yhdessä kehittämään alan koulutusta ja tutkimusta. Yliopistolla on suunnitelmissa hyödyntää laitteita omassa tutkimuksessaan ja opetuksessaan. Haemme yhdessä yliopiston kanssa tällä hetkellä koulutuksesta synergiaa, jolloin voimme koordinoida koulutuksia yhdessä eri koulutustasoille. Koska myös operaattoreita tarvitaan tulevaisuudessa, on myös toisella asteella tärkeää miettiä koulutusta, joka tuottaa ammattitaitoisia operaattoreita ainetta lisäävän valmistuksen alalle. Tavoitteena on, että alalle on saatavissa päteviä työntekijöitä, toimihenkilöitä ja tutkijoita. Jokaiselle on oma tärkeä roolinsa.

Oppiminen ei pääty koskaan

– Tällä hetkellä meille on keskeistä oppia ainetta lisäävää valmistusta entistä paremmin. Teoriaa on luettu paljon ja nyt sitä tietoa päästään jalostamaan osaamiseksi. On aivan varmaa, että tässä on paljon uutta opittavaa loputtomasti, samalla tavalla kuin muissakin tuotantomenetelmissä. Me jaamme tietoa mielellämme eteenpäin ja myös otamme sitä vastaan.

– MMAM-hanke ottaa mielellään vastaan uusia yhteistyökumppaneita. Meillä on jo erittäin hyviä yrityksiä mukana, mutta lisääkin mahtuu vielä. Tieto vain lisääntyy jakamalla, Törnqvist päättää.

Julkaistu Eurometalli 4/2021

Lisätiedot:

Turun AMK
Pekka Törnqvist, laboratorioinsinööri
puh. 050 598 5923

mmam.turkuamk.fi
erallycross.turkuamk.fi

SLM 3D-metallitulostimet