3D-tulostuksen ja tutkimuksen suuntaviivoja
Transcription
3D-tulostuksen ja tutkimuksen suuntaviivoja
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