Työkalut ja tarvikkeet
Päivitä työkalupakkiisi tuottavuutta metallitulosteilla
Räätälöity asennustyökalu, asiakastoteutus.
Työn tuottavuuden parantaminen on tuotannollisen toiminnan kehittämisen keskeinen tavoite; haluamme saada enemmän aikaan vähemmällä. Metallin 3D-tulostuksen avulla otetaan pitkiä
tuottavuusloikkia. Tapoja tähän on monia; käsittelemme seuraavassa metallitulostettuja asennusja muita työkaluja sekä kiinnittimiä.
Tunnista mahdollisuudet
Onko tuotannossasi iloinen tekemisen meininki vai säestääkö
työntekoa tyytymätön mutina? Onko työkaluihin satsattu jo
pitkä penni, mutta silti työ takkuaa? Vaatiiko työn tekeminen
päivästä toiseen energiaa kuluttavaa, jopa mahdottoman tekemistä
mahdolliseksi? Ovatko työstökoneiden kiinnittimet kohtuuttoman
kalliita, silti käytössä aikaa vieviä ja virittelyä vaativia?
Erilaisia haastavia tilanteita löytyy monilta teollisuuden
aloilta ja hyvin monenlaisilta valmistus- ja asennuslinjoilta,
matka-asennuskohteista puhumattakaan.
Muun muassa hydrauliikkalohkojen letkuliitäntöjen kiristämiseen
voi olla vaikea löytää täysin soveltuvia vakiotuotteita
kaupan hyllystä. Tyypillinen ongelma kiristystyökaluissa
on liian suuri leukahalkaisija; työkalulla ei vain mahdu kiristämään
sitä mitä pitäisi ja siten kuin pitäisi. Kun kaupalliset
työkalut ovat liian isoja tai jättävät muuten toivomisen varaa,
voimme tulostamalla tehdä mihin tahansa työvaiheeseen
käteen käyvän ratkaisun, jolla työ sujuu nopeasti ja vaivattomasti.
Puolikas pultinkiristin työkaluteräksestä (MS1). Kanaviston testattu
paineenkesto yli 500 baaria (Merinova-hanke).
Metallitulostuksen tarjoaman muodon vapauden myötä
voidaan toteuttaa koneistuksen tehostamiseksi kiinnittimiä,
jotka tukevat täydellisesti koneistettavaa kappaletta ja ovat
helppoja ja nopeita käyttää. Erilaiset tarttujat voidaan tulostettuna
valmistaa kevennettyinä juuri oikeaan tarpeeseen.
Tulostamalla toteutus onnistuu kustannustehokkaasti yksittäiskappaleista
pieniin tai suuriin sarjoihin. Koska moni perinteisesti
valmistettuihin tuotteisiin liittyvä lainalaisuus on metallitulostuksessa
toisin, ei yksittäisten työkalujen hinta merkittävästi
eroa sarjatuotteista. Työkalujen merkitsemisen saa tulostuksessa
kaupan päälle. Työkaluun voidaan merkitä vääntömomentti,
sarja- tai tuotenumero, koko ja muu tärkeä tieto. On
siis hyvä ajatus unohtaa aikaa ja energiaa vievät virittelyt ja
ottaa tuottavuusloikka metallitulostuksella.
Kerralla valmista tulostamalla
Tulostuksella voidaan luoda muotoja ja rakenteita, jotka eivät
perinteisillä valmistusmenetelmillä synny. Koneistamalla hankalasti
ja kalliisti toteutettavia rakenteita voidaan usein toteuttaa
kustannustehokkaammin tulostamalla.
Tulostamalla rakenteet voidaan tehdä tyypillisesti kerralla
valmiiksi, ilman muita työvaiheita. Useimmiten tulosteen tarkkuus
riittää suoraan käyttökohteeseen tai koneistustarve on
vähäinen. Kun tämän lisäksi liittämisen ja kokoonpanon tarve vähenee tai poistuu kokonaan, logistiikkaa ja työvaiheita
säästyy. Tämä tuo niin rahallisia kuin ajallisiakin säästöjä ja
tukee kestävän kehityksen periaatteita. Myös liitosten mahdollisesti
aiheuttama rikkoutumisriski poistuu.
”Tulostamalla
rakenteet
voidaan tehdä
tyypillisesti kerralla
valmiiksi.
Metallitulostettu irrotustyökalu, taaempana alkuperäinen ja edessä kevennetty versio. Pintakäsitelty. Asiakastoteutus.
Tulosteet kestävät kevyesti
Työkaluteräs (MS1) on yleinen työkaluissa käytettävä materiaali.
Sen lujuus ja kovuus riittävät myös vaativiin käyttökohteisiin.
Paikkansa on myös esimerkiksi ruostumattomalla
teräksellä, alumiinilla, titaanilla ja Inconeleilla.
Tulostettu materiaali on vähintään yhtä hyvää kuin perinteisemmin
valmistettu. Materiaalivaihtoehtoja löytyy useita,
olennaista onkin rohkeasti poiketa aiemmin totutusta materiaalista.
Materiaalin valinnan pohjalla tulee olla käyttötarkoitus
ja vaadittu suorituskyky. Koneaika on merkittävin
tekijä metallitulosteiden hinnanmuodostuksessa. Nopeasti
tulostettavan materiaalin,
kuten esimerkiksi titaanin, hintataso
voikin yllättää varsin positiivisesti. Kun tulostamalla voidaan
ottaa käyttöön aiemmin kalliilta tuntuneita materiaaleja, saadaan
työkaluihin aivan uuden tason kestävyyttä ja työkalujen
käyttöikä pitenee.
Äärimmäisen lujat materiaalit mahdollistavat rakenteiden
keventämisen ja pienentämisen, joka taas mahdollistaa myös
ympäröivän kokonaisuuden uudelleen tarkastelun.
Yksilöllistä ergonomiaa
Metallitulosteet pyritään ensisijaisesti suunnittelemaan niin,
että niissä on mahdollisimman vähän materiaalia. Mietitty
materiaalivalinta on tässä tärkeässä roolissa. Rakennetta
keventämällä minimoidaan tulostuskustannus.
Asennus- ja
muissa työkaluissa kevytrakenteiset ratkaisut erottuvat perinteisesti
tuotetuista, järeämmistä asennustyökaluista. Tämä parantaa
työskentelyergonomiaa niin asennuslinjoilla kuin huoltotöissä.
Myös huoltotöiden logistiikka hyötyy, kun siirreltävää
on vain murto-osa aiemmasta.
Kun samalla henkilöllä on toistuvasti samoja työtehtäviä,
voidaan työkalut kustomoida hänelle henkilökohtaisesti. Räätälöity
ratkaisu tekee työnteosta entistä sujuvampaa sekä lisää
motivaatiota ja tehokkuutta.
Metallitulostuksella toteutetaan kustannustehokkaasti yksittäisiäkin tarttujia.
Turvallisuus ennen kaikkea
Työkalujen mitoitus vaatii huolellista tarkastelua, onhan työnteon
oltava kaikissa olosuhteissa turvallista. Ratkaisu kulloiseen
käyttökohteeseen syntyy muodon, mittojen, materiaalin
ja lämpökäsittelyn kokonaisuudesta.
Esimerkiksi kiristystyökalussa leukojen jäykkyys asettaa tyypillisesti
mitoitusperusteen. On syytä tavoitella mahdollisimman
jäykkää rakennetta ja siten pienintä mahdollista muodonmuutosta;
leuka ei saa aueta kiristettäessä. Työkalua suunnitellessa
täytyy myös saavuttaa riittävä varmuuskerroin vääntömomentille,
jotta työkaluun voidaan luottaa.
Samaan aikaan on viisasta pyrkiä tuottamaan mahdollisimman
kevyt ja pieni ratkaisu; sen lisäksi, että itse kehitystarve
perustuu kokoon ja mahtumiseen, myös ergonomia ja
työkalun valmistuskustannus riippuvat ratkaisun lopullisesta
koosta ja painosta.
Eräässä asiakkaan toteutuksessa työkalun mitoituksen vaatimukseksi
asetettiin minimissään kolmen varmuuskerroin työkalun
nimelliseen vääntömomenttiin nähden. Käytännössä
mitoitus tapahtui kuitenkin kiristysleukojen jäykkyysvaatimuksen
pohjalta, ja vääntömomentin osalta varmuudeksi tuli esimerkkitapauksessa
reippaasti yli viisi eli vasta yli viisinkertainen vääntömomentti suhteessa työkalun nimelliseen momenttiin
aiheutti tehdyssä simuloinnissa sekä sittemmin testissä kappaleen
murtumisen.
Murtuminen ei tässä tapauksessa ollut yllätys, sillä simulaatio
näytti hyvin tarkasti momentin sekä paikan, josta työkalu
kuormaa lisättäessä lopulta hajoaisi. Leuka murtui testissä yli
viisinkertaisella momentilla nimelliseen nähden. Voidaan siis
perustellusti todeta, että siro ja kevyt metallitulostettu työkalu
on oiva työkalu kovaan käyttöön. Tarkastellussa asiakassovelluksessa
MS1-työkaluteräksestä tulostettu kiintoavain otti kaksinkertaisesti
voimaa vastaan pienemmillä muodonmuutoksilla
kuin kaupallinen vakiotuote.
3D-tulostettu työkalu taivutuskokeessa.
Mahdollisuudet kertautuvat
Kun vauhtiin on päästy, on parasta laittaa hyvä kiertämään.
Onnistumisia voidaan moninkertaistaa, vaikka sarjana erikokoisia,
räätälöityjä työkaluja, niin kokoonpanolinjoille kuin
huoltotoimen käyttöön reissun päälle. Kiinnittimiä voidaan
toteuttaa varsin kustannustehokkaasti ja räätälöidysti pienemmillekin
sarjoille ja kasvattaa suurien sarjojen valmistuksessa
tuottavuutta helppokäyttöisyydellä. Mahdollisuuksien rajana
on vain mielikuvitus.
Laskenta ja simulointi ja haluttaessa myös testaus ovat
metallitulostuksen kanssa menetelmiä, joilla päästään optimaalisiin
ratkaisuihin nopeasti ja riskittömästi. Koska kokemus
tuo rohkeutta hakea ratkaisuja, kokeilemaan kannattaa lähteä
nopeasti.
Jokaisella organisaatiolla on omat kehityspolkunsa
ja prosessit. Moni yritys on todennut parhaiden kehitysideoiden
työkaluihin tulevan työn parhaiten tuntevilta, eli tekijöiltä
itseltään. Onkin tärkeä löytää innostava ja turvallinen ilmapiiri
ideoida ja kehittää, metallitulostuksella lennokkaatkin ideat
saadaan toteutettua.
Räätälöidyn tuotteen valmistaminen voi tuntua kalliilta ja
työläältä, mutta metallitulostusta hyödyntämällä tavoitteisiin
voidaan päästä helpommin. Päivittäisestä turhautumisesta ja
tuottavuuden nakertajasta on tärkeää päästä eroon.
On siis
aika suunnitella sutjakammat, juuri tarpeeseen käyvät työkalut
ja kiinnittimet, poistaa aikavarkaat ja tukea iloista, tuottavaa
tekemistä kaikkialla teollisuudessa.
Teksti: Marja-Leena Mäkinen
Kuvat: Delva Oy
