Materiaalinkäsittely
3D-tulostuksella kestävän kehityksen mukaista kilpailuetua
Rakenteiden optimointi ja tarkoituksen mukaiset materiaalivalinnat keventävät tuotteita ja parantavat niiden kestävyyttä.
Metallitulostus on monipuolinen ja nopea menetelmä, jolla voidaan valmistaa toiminnallisia kappaleita nopeasti ja kustannustehokkaasti. Tulostaessa materiaalihukka vähenee, ja komponentit ovat kevyitä ja kestäviä.
Teollinen metallin 3D-tulostaminen eli lisäävä valmistus on
metalliteollisuudessa yleistyvä valmistusmenetelmä, jonka
avulla voidaan tuottaa uudenlaisia metallituotteita. Monipuolisella
menetelmällä komponentit valmistuvat ilman materiaalihukkaa.
”Metallitulostus kehittyy nopeasti ja markkinat kasvavat
sekä kansainvälisesti että kotimaassa. Tällä hetkellä metallitulostuksen
täyttä potentiaalia ei vielä hyödynnetä, mutta
sitä kohti ollaan menossa”, sanoo Delvan teknologiajohtaja Markku Lindqvist.
Delva on metallien 3D-tulostamiseen erikoistunut suomalainen
yritys. Hämeenlinnassa sijaitsevan Delvan tuotannollinen
toiminta alkoi vuonna 2019.
”Tulostus tuottaa
hyötyjä sekä koneja
laitevalmistajille että
prosessiteollisuudelle.
Delva tulostaa komponentteja asiakkaan mallien mukaisesti
ja kehittää yhteistyössä asiakasyrityksen kanssa 3D-tulostukseen
perustuvia ratkaisuja ja komponentteja, jotka tuovat
asiakasyritykselle kilpailuetua ja tukevat yrityksen kestävän
kehityksen mukaista toimintaa.
”Digitalisaatiota ja kestävää kehitystä tuodaan parhaillaan
kiinteäksi osaksi ajattelua strategisella ja operatiivisella
tasolla. Teollisuudessa 3D-tulostamisen ottaminen osaksi työkalupakkia
auttaa täyttämään kestävän kehityksen tavoitteet”,
sanoo Delvan kaupallinen johtaja Marja-Leena Mäkinen.
Laajan täydentäviä palveluja tarjoavan yhteistyökumppaniverkoston
avulla Delva voi toimittaa tulostetut komponentit
koneistettuna ja pintakäsiteltynä. Nykypäivän 3D-tulostaminen
sopii myös metallikappaleiden sarjatuotantoon.
Metallitulostuksessa voidaan lisäksi hyödyntää materiaaleja, joiden käyttäminen ei ole perinteisillä valmistusmenetelmillä taloudellisesti tai teknisesti kestävää.
GREEF-hankkeessa ympäristövaikutukset
mitataan tarkasti
”Tulostus tuottaa hyötyjä sekä kone- ja laitevalmistajille että
prosessiteollisuudelle. Globaalisti kestävyyshaasteet kasvavat
jatkuvasti, ja haasteiden ratkaiseminen vaatii uusia ratkaisuja.
Tulostamisella on valtavasti annettavaa kestävän kehityksen eri
osa-alueilla”, sanoo Mäkinen.
Delva on mukana Business Finlandin tukemassa GREEFeli
Green Factory -hankkeessa. Hankkeen tavoitteena on auttaa
valmistavan teollisuuden yrityksiä pienentämään toimintansa
ympäristövaikutuksia. Hankkeessa yhdistyvät tieteellinen
ja teollinen tutkimus.
”Yhdessä GREEF-hankkeen työpaketeista VTT selvittää
suomalaisen teollisuusalan yrityksen perinteisellä menetelmällä
valmistaman ja meidän 3D-tulostamalla valmistamamme
komponentin hiilijalanjäljen koko valmistusprosessin ja elinkaaren
ajalta. Mittaukset ovat parhaillaan meneillään. Hanke
on todella kiinnostava ja on hienoa, että saamme olla hankkeessa
mukana”, kertoo Mäkinen.
”Tulostaessa hukka
on todella pieni
verrattuna perinteiseen
koneistukseen.
Tulostaminen säästää materiaalia ja energiaa
3D-tulostamisen avulla teollisuuden hiilijalanjälkeä voidaan
pienentää, sillä valmistusprosessin optimointi vähentää
energian
kulutusta ja prosessissa muodostuvan jätteen
määrää. Rakenteiden optimointi ja tarkoituksen mukaiset materiaalivalinnat
keventävät tuotteita ja parantavat niiden
kestävyyttä.
Tulostaessa raaka-ainetta kuluu vähemmän kuin perinteisillä
työstömenetelmillä, eikä hävikkiä synny, mikä tuo kustannussäästöjä
ja tukee kestävän kehityksen mukaista toimintaa.
Käyttämättömän materiaalin kierrätys on kiinteä osa 3D-tulostusprosessia.
”Tulostaessa hukka on todella pieni verrattuna perinteiseen
koneistukseen. Tulostuksessa käytettävä metallijauhe sulatetaan
kappaleeseen tarvittavilta osin. Ylimääräinen sulattamaton
jauhe siivilöidään ja käytetään uudelleen”, kuvailee
Lindqvist.
Suunnittelun keskiössä kappaleen
toiminnallisuus
Tulostettavan kappaleen suunnittelussa voidaan keskittyä komponentin
toiminnallisuuteen valmistettavuuden sijasta. Tulostamalla voidaan tuottaa vaativia muotoja, joita ei muilla menetelmillä
pystytä valmistamaan.
Kappaleiden parempi toiminnallisuus parantaa prosessitehokkuutta.
Optimaalisesti muotoiltujen komponenttien ja
rakenneosien avulla tuotanto- ja valmistusprosessit voidaan
optimoida materiaalia, aikaa ja energiaa säästäviksi.
”Yleisimmät metallitulostamisen hyödyt ovat valmistettujen
kappaleiden keveys ja virtauksien parantaminen. Esimerkiksi
porattu reikä ei välttämättä ole muotonsa ja kulmansa
puolesta optimaalinen. Tulostetut komponentit suunnitellaan
helpottamaan luonnollisesti tapahtuvia prosesseja”, kuvailee
Lindqvist.
Nesteiden ja kaasujen tarkan ohjaamisen lisäksi toiminnallisiksi
suunniteltujen tulostettujen komponenttien avulla voidaan
esimerkiksi lisätä jäähdytystä tai lämpötilan sietokykyä
tai vähentää painehäviöitä. Sisäisiä rakenteita voidaan suunnitella
ja toteuttaa paikkoihin, joihin perinteisillä menetelmillä
ei ole voitu tavoittaa.
Tulostamalla voidaan aiemmin kokoonpannut tai hitsatut kokonaisuudet
toteuttaa yhtenä kappaleena. Nykypäivän 3D-tulostaminen sopii myös metallikappaleiden sarjatuotantoon.
Materiaali valitaan käyttötarkoituksen mukaan
Tulostamalla voidaan valmistaa kestävämpiä kappaleita kuin
perinteisillä menetelmillä. Kustannussäästöjä syntyy myös
perusinvestointien vähenemisestä. Tulostaessa ei esimerkiksi
tarvitse hankkia muotteja.
Materiaali valitaan käyttötarkoituksen mukaisesti. Metallitulostuksessa
voidaan lisäksi hyödyntää materiaaleja, joiden
käyttäminen ei ole perinteisillä valmistusmenetelmillä taloudellisesti
tai teknisesti kestävää.
”Suunnittelussa ei lähdetä liikkeelle perinteisillä menetelmillä
käytetyistä materiaaleista, vaan lähtökohtana ovat materiaalilta
vaadittavat ominaisuudet. Kokonaisia rakenteita voidaan
keventää materiaalivalintojen avulla, mikä johtaa kustannussäästöihin
ja muihin hyötyihin”, Lindqvist kertoo.
Vähemmän kokoonpanovaiheita
Monimutkaisten komponenttien valmistaminen tulostamalla on
nopeampaa kuin perinteisillä menetelmillä ja valmistetut kappaleet
ovat mittatarkkoja. Perinteisillä menetelmillä monimutkaiset
kappaleet vaativat useita työvaiheita eri tuotantolaitoksissa.
”Metallitulostaminen vähentää kokoonpanovaiheita, sillä
perinteisillä menetelmillä useista komponenteista koostettuja
kappaleita voidaan tulostaa yhtenä kappaleena. Työvaiheiden
vähenemisen myötä kuljetusketjut lyhenevät ja varastoinnin
tarve vähenee”, Mäkinen sanoo.
”Kuljetusketjujen väheneminen ja lyheneminen tuottaa
myönteisiä ympäristövaikutuksia ja myös kuljetus- ja
varastointikustannukset
alenevat”, jatkaa Lindqvist.
Hybriditulostuksessa yhdistetään tulostuksen ja perinteisten valmistusmenetelmien parhaat puolet.
Digitaalinen varaosakirjasto pidentää
laitekannan käyttöikää
Metallien 3D-tulostus on digitaalista valmistusta. Skannaaminen
mahdollistaa varaosien ja muiden komponenttien koostamisen
digitaaliseen varaosakirjastoon. Varaosakirjasto vähentää
fyysisten komponenttien varastoinnin tarvetta.
Iäkkääseen laitekantaan ei välttämättä ole enää saatavilla
sopivia varaosia, mutta skannaamisen ja tulostamisen avulla
tarvittava osa voidaan valmistaa helposti ja nopeasti. Tulostettujen
varaosien avulla iäkkäämmän laitekannan käyttöikää ja
elinkaarta voidaan pidentää.
”Rikkoutunut osa voidaan 3D-skannata ja skannatun mallin
mukaan voidaan tulostaa uusi osa rikkoutuneen tilalle. Nykyisillä
tulostusmenetelmillä kappaleiden valmistaminen on myös
usein perinteisiä menetelmiä nopeampaa”, Lindqvist sanoo.
”Hybriditulostamisessa
voidaan yhdistää
kahden eri teknologian
hyviä puolia.
Tulostusmenetelmät ovat kehittyneitä
Delvan käyttämä jauhepetitulostus on metallitulostuksen pisimmälle
kehittynyt menetelmä. Jauhepetitulostusprosessi tapahtuu
suljetussa ja suojakaasulla täytetyssä tulostuskammiossa.
Metallijauhe levitetään tulostusalustalle ja sulatetaan lasersäteellä
3D-mallin mukaisesti.
”Jauhepetitulostuksen materiaalivalikoima on hyvä, ja
menetelmällä voidaan tuottaa nopeasti ja luotettavasti kappaleita
teollisuuden tarpeisiin”, sanoo Lindqvist.
Hybriditulostuksessa perinteisesti valmistetun komponentin
päälle tulostetaan halutunlaisia rakenteita. Hybriditulostusta
voidaan soveltaa uudenlaisten hybridikomponenttien valmistamisessa
sekä kuluneiden tai rikkoutuneiden osien korjaamisessa.
Tulostamalla korjattujen osien avulla kone saadaan
nopeasti takaisin käyttökuntoon.
”Hybriditulostamisessa voidaan yhdistää kahden eri teknologian
hyviä puolia. Yksinkertainen kappale voidaan koneistaa
ja rakentaa tuotteen päälle haluttu ominaisuus tulostamalla.
Hybridimenetelmää sovelletaan muun muassa ruiskuvalupuolella.
Runko koneistetaan ja jäähdytyskanavisto tulostetaan
päälle”, kertoo Lindqvist.
Teksti: Merja Maukonen
Kuvat: Delva Oy
