VTT on tehnyt alkuvuodesta lähtien asiakastöitä SLM Solutions 125 HL metallien 3D-tulostimella. Konetta ihastelevat VTT:n tutkimusryhmän vetäjä Pasi Puukko (oik.) ja Vossi Groupin liiketoiminnan kehitysjohtaja Marko Vossi.
VTT 3D-tulostaa metallia
Älykkäisiin tuotantoteknologioihin ja elinkaaripalveluihin erikoistunut Vossi Group Oy edustaa saksalaisen pörssiyrityksen SLM Solutionsin metallien 3D-tulostimia, joiden toiminta perustuu metallien lasersulatukseen (selective laser melting). Suomen ensimmäinen valmistajan laite mallia SLM 125 HL on ollut alkuvuodesta lähtien käytössä VTT:llä Espoossa, jossa sillä on tehty jo useita asiakastöitä.
Metallien tulostamisen aikakausi
– Pääkilpailijamaissamme metallien 3D-tulostuksen hyödyntämisessä ollaan jo varsin pitkällä, mutta meillä Suomessa se on vielä suhteellisen harvinaista. Tyypillisesti tämä valmistusmenetelmä soveltuu kappaleille, joita on joko mahdoton tai kallis valmistaa muilla tavoilla. Mahdottomasta voisi olla esimerkkinä ontto- tai verkkomainen rakenne umpinaisen kappaleen sisärakenteena. Tällaisella ratkaisulla saadaan tuotteen painoa pudotettua dramaattisesti esim. jopa 70 % muista ominaisuuksista tinkimättä, mikä tarjoaa esim. ajoneuvoteollisuudessa energiasäästöjä, kertoo VTT:n tutkimusryhmän vetäjä Pasi Puukko.
– Tehokkuutta valmistukseen puolestaan saadaan, kun aikaisemmin useista komponenteista koostuva kokonaisuus pystytään tulostamaan kertatulosteena ja käytännössä vielä ilman materiaalihukkaa. Suuri etu on myös se, että monimutkaisen kappaleen tulostaminen maksaa aivan saman verran, kuin yksinkertaisenkin. Myöskään massaräätälöinti ei maksa mitään eli jokainen kasvatusalustalla yhtä aikaa tulostettava kappale voi olla hieman erilainen.
Verkkorakenne on yksi 3D-tulostuksen tarjoamia täysin ainutlaatuisia etuja. Materiaali tulostetaan vain siihen mihin se on lujuusominaisuuksien takia tarpeellista, mikä mahdollistaa tuotteiden merkittävän keventämisen ja materiaalisäästöjä.
– Tavoitteenamme on auttaa yhdessä VTT:n kanssa suomalaista metalliteollisuutta kuromaan vuosien etumatka kiinni metallien 3D-tulostuksen hyödyntämisessä. Oikeissa sovelluskohteissa 3D-tulostaminen tarjoaa ainutlaatuisia etuja. Tämä kuitenkin edellyttää täysin uudenlaista ajattelua kappalesuunnittelussa ja -valmistuksessa, liiketoiminnan kehitysjohtaja Marko Vossi Vossi Group Oy:stä toteaa.
VTT:n koneen kasvatusalustalle pystytään tulostamaan maksimissaan 125x125x100 mm kappaleita. SLM Solutions valmistaa myös kahta suurempaa mallia SLM 280 HL (280x280x350 mm) ja SLM 500 HL (500x280x325mm).
Metalliosan printtaaminen käytännössä
– Tulostin toimii melko yksinkertaisella periaatteella. Tulostusalustan kuumentamisen jälkeen koneen päälle asennetusta säiliöstä otetaan metallijauhe, joka levitetään alustalle esimerkiksi 50 µm:n paksuisena kerroksena. Laser sulattaa ohjelmassa olevan mittakuvan mukaisesti kappaleen ensimmäisen kerroksen alustan pinnalle. Alusta laskee 50 µm:iä alaspäin ja kelkka syöttää uuden jauhekerroksen alustalle, johon laser tekee seuraavan kerroksen sulattaen jauhetta. Tätä jatketaan, kunnes kappale on valmis.
– Tulostuksen jälkeen ylijäänyt jauhe poistetaan, kappaleelle tehdään mahdolliset lämpökäsittelyt, kappale irrotetaan alustasta ja tehdään mahdolliset viimeistelykoneistukset.
99,7 % materiaalitiiveys
– 3D-tulostuksen etuna on lopputuotteen tasainen ja varma laatu ja jopa 99,8 % tiiveys, Puukko kertoo.
SLM Solutionsin 3D-tulostimiin on saatavissa myös automaattinen laadunvarmistustoiminto, jolloin jokaisesta tulostetusta kerroksesta otetaan kolme kuvaa, jotka analysoidaan automaattisesti. Jos jotain virhettä havaitaan, tulee käyttäjän matkapuhelimeen tai sähköpostiin viesti, joka pyytää tekemään tarkistuksen ennen jatkamista.
3D-tulostuksessa kappaleen monimutkaisuus sekä massaräätälöinti eivät aiheuta mitään lisäkustannuksia verrattaessa yksinkertaisen kappaleen sarjavalmistukseen.
Topologiaoptimoinnilla kappaleiden lujuus-paino-suhde saadaan vietyä äärimmilleen.
3D-tulostamalla aikaisemmin useasta eri komponentista eri valmistusmenetelmin valmistettu kokonaisuus saadaan kertatulosteena, mikä tarjoaa suuria tehokkuusetuja sekä mahdollistaa aikaisemmin mahdottomat rakenteet.
Uuden sukupolven tuotteita
– Olemme valmistaneet kappaleita tähän mennessä alumiinista ja Inconelistä. VTT:llä on suunnitelmissa testata tänä vuonna useita muita SLM Solutionsin tarjoamia materiaaleja. Inconel on nikkelipohjainen superseos, joka on erittäin hyvin kuumuutta ja korroosiota kestävä materiaali. Tavoitteenamme on kehittää myös muiden kuin valmistajan vakiona tarjoamien materiaalien 3D-tulostamista. Olemme erittäin kiinnostuneita tekemään asiakkaiden kanssa projekteja, joissa kokeillaan tämän menetelmän soveltumista heidän tuotevalmistukseensa. VTT:n erittäin korkeatasoinen metallurgian ja kappaleiden optinoinnin osaaminen yhdistettynä VTT:n vahvaan liiketoimintaosaamiseen tarjoaa asiakkaille erinomaisen kokonaispaketin uuden sukupolven tuotteiden ja liiketoiminnan kehittämiseen, Puukko lupaa.
Alkuperäinen juttu julkaistu: Eurometalli 5-6/2015
