The content is also available in English, select language below.
FAME:ssa (Finnish Additive Manufacturing Ecosystem) haetaan järjestelmällisesti tietoa ja ymmärrystä tulostuksella saavutettavien menestystarinoiden vauhdittamiseksi. FAME-ekosysteemi tutustui Delvan tuotantoympäristöön ja metallintulostukseen Hämeenlinnassa.
Onnistuneet 3D-tulosteet eivät synny pelkästään nappia painamalla. Merkittävä osa positiivisesta lopputuloksesta saadaan aikaan suunnittelupöydällä. Käytännön 3D-tulostamiseen tutustuminen auttaa ymmärtämään uuden teknologian mahdollisuuksia ja pääsemään parempaan lopputulokseen. Delva järjestää yrityksille tutustumispäiviä tiloissaan Hämeenlinnassa, ja FAME-ekosysteemi kävi perehtymässä metallitulostukseen.
Metallitulostus pitää sisällään eri teknologioita. Niistä kehittynein ja vaativimpiinkin käyttökohteisiin soveltuva on jauhepetimenetelmä, jonka perustellusti voi todeta olevan jo yksi valmistusmenetelmä perinteisempien joukossa. Se on käytössä myös Delvassa.
Vaikka tulostus vähentää komponenttien valmistuksen työvaiheita, jauhepetimenetelmällä tulostus pitää sisällään monenlaista tekemistä. Koko tulostuksen prosessi alustojen tehokkaasta suunnittelusta, koneiden puhdistuksesta ja jauheiden vaativasta käsittelystä itse kappaleiden rakentumiseen tulostimessa, lämpökäsittelyyn, sahaukseen ja monivaiheiseen viimeistelyyn avautuu parhaiten tekemällä.
3D-tulostuksessa yhteistyö yrityksen ja asiakkaan välillä on ensisijaista. Kun lyödään yhteen asiakkaan syvä osaaminen teollisuuden tarpeista ja tulostajan tiedot ja taidot tulostuksen mahdollisuuksista ja rajoitteista, päästään pitkälle. Ymmärrys toinen toisensa työstä ja mahdollisista haasteista parantaa kommunikaatiota ja auttaa löytämään ratkaisuja yhdessä. Oppiminen tapahtuu vuorovaikutuksessa.
Tukirakenteet ovat jauhepetimenetelmällä tulostettaessa keskeisessä roolissa. Perusmuistisääntö on, että tyhjän päälle ei voi tulostaa. Niin sanotuissa matalan kulman urotöissä uhmataan 45 asteen kulman nyrkkisääntöä ja rakennetaan kappale jopa 13 asteen kulmaan. Tämä on hyvinkin mahdollista, mutta edellyttää aina merkittäviä materiaalikohtaisia kehityspanostuksia. Arjen ratkaisu on lisätä tulosteeseen tukirakenteita, joiden varaan tuloste onnistuneesti muodostuu. Tukirakenteista aiheutuu kuitenkin lisää tulostettavaa ja siten kustannuksia. Lisäksi ne joudutaan poistamaan materiaalista ja tukirakenteen järeydestä riippuen käsin tai koneistamalla.
Suunnittelun on hyvä miettiä valmistusprosessi niin pitkälle, että tukirakenteet on minimoitu ja ne ovat järkevästi poistettavissa. Tämä kaikki konkretisoituu aivan uudella tavalla, kun suunnittelija saa tuntumaa tukirakenteiden poistoon käsin esimerkiksi lämpökäsitellystä 316L:stä. Kokemus jättää vahvan muistijäljen.
On myös hyvä käytännössä todeta, että jauhepetiteknologiassa sulattamaton jauhe jää tulosteiden joukkoon, kunnes se imuroidaan tulostuksen päätteeksi tulostimesta. Yksi tulostuksen hienous on mahdollisuus toteuttaa kevennettyjä, jopa täysin onttoja rakenteita. Onkin huomioitava, että jauhetta jää tulostusprosessissa myös rakenteiden sisään ja sen sujuva poistaminen on syytä miettiä hyvissä ajoin. On hyvin harmillista, jos muutaman euron tulosteesta joudutaan ravistelemaan käsityönä jauhetta puoli tuntia tai sitä ei saada ollenkaan poistettua. On myös käyttökohteita, joissa jauhejäämät rakenteissa ovat äärimmäisen kriittisiä ja siksi on niiden mahdollisuus pystyttävä poissulkemaan täysin.
Materiaalivalinnalla on merkitystä hyötyjen saavuttamiseksi tulostuksessa. Avoimuus uusille, tulostuksen mahdollistamille materiaaleille on kauaskantoista, pitäytyminen vanhoissa valinnoissa jarruttaa kehitystä.
On tärkeää nostaa esille taloudellinen näkökulma: tuotantoon tutustumisen kautta käy ilmeiseksi, kuinka jokainen uusi materiaali edellyttää merkittäviä investointeja jauheenkäsittelyyn, itse jauheeseen kuin parametreihinkin. Lisäksi jokainen materiaali edellyttää omaa osaamista. Jotta nämä vaatimukset olisivat mahdollisia toteuttaa, tarvitaan volyymejä. Myös itse tulostusprosessin tehokkuus kasvaa, kun materiaalikohtaiset tulostusalustat ovat mahdollisimman täynnä. Tämä tuo asiakkaalle kustannusetua. Siksi tulostettavien materiaalien syvempi ymmärrys ja hyödynnettävyys on eduksi kaikille. Luottamus ja rohkeus valita aiemmasta poikkeavaa syntyy kokemusten ja konkreettisten esimerkkien kautta.
Teksti ja tiedustelut: Delva/CCO Marja-Leena Mäkinen
Kuvat: Valokuvaus Viirukka
To boost success stories enabled by metal 3D printing, members of FAME (Finnish Additive Manufacturing Ecosystem) actively seek information and understanding. Delva hosted metal printing days on its premises in Hämeenlinna.
Success in metal 3D printing does not come simply by starting a printer. A significant part of the positive result is created on the design table. A chance to learn by doing increases the understanding of the new technology and achieve better results. Delva organizes 3D printing days for companies in their facilities in Hämeenlinna, and FAME ecosystem took the chance to gain insight on metal 3D printing.
Metal 3D printing covers several different technologies. Powder Bed Fusion technology (PBF) is the most mature technology suitable for the most demanding applications, and it is already a manufacturing technology among conventional ones. Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) is also Delva´s choice.
3D printing with L-PBF, compared to conventional manufacturing, reduces work stages but still includes many things to do. Different tasks in the printing process like adequate nesting of build plates, printer cleaning, demanding handling of powders, not to mention part building in the printer, heat treatment, sawing and multiple post-processing are discovered best by doing.
In 3D printing cooperation and co-development are of outmost importance. There is a great deal to be achieved by joining customers´ profound knowledge of the industry in question and the knowledge and experience as a printing partner bureau of all the possibilities – and restrictions – of metal printing. Understanding each other’s work and possible challenges improves communication and help to find solutions together. Learning happens in interaction.
Support structures have a significant role in metal printing. One basic rule is that the build tends to drop as the angle of an unsupported feature gets below 45 degrees. In so-called support free low angles, where this 45-degree thumb of rule is challenged, and angles of even 13 degrees have been built. That is doable but always requires material-specific developments. A simple solution is to add support structures that help produce the wanted design. Support structures, however, increase the printed material and, this way, cost. In addition, supports need to be removed, depending on the material, either manually or by machining.
It is good to plan the manufacturing process minimising the support structures and considering removing those during the design phase. The necessity is concretised in a new way while removing support manually from a heat-treated 316L part. The experience springs to mind a long time.
It is also good to learn that in powder bed fusion, the non-melted powder remains among the build in the building chamber until we vacuum-clean it at the end of the printing process. One of the significant advantages of metal 3D printing is producing lightened, even fully hollow structures. One must keep in mind that the powder stays inside the hollow structure, too, and it is essential to plan how to remove it in advance. It is annoying to use a long time to shake manually powder out of a part, otherwise costing a few euros or even finding out that the powder is stuck inside the structure forever. Applications also exist where powder residuals are critical and need to be excluded.
Significance of material selection is important to gain maximum benefits. Openness to new materials that metal printing enables is far-reaching. Stick to old holds back the development.
It is essential to have also the economic view: familiarising with the production makes it evident how each new material requires significant investments in powder handling, the powder itself, and printer parameters. Every material also demands material-specific know-how. We need volumes to implement all this. Also, the efficiency of the printing process increases when the material-specific building plates are as tight fulfilled as possible, which brings the customer a cost advantage. Due to the reasons mentioned above, a more profound understanding of various printable materials and their usability benefit all. Trust and encouragement to choose something differing from earlier are bolstered by shared experiences and success stories.
Author and contact for more information
Marja-Leena Mäkinen, COO, Delva
Pictures: Valokuvaus Viirukka
Finnish Additive Manufacturing Ecosystem (FAME) is an innovative industrial ecosystem that brings together key players in the Finnish additive manufacturing field to increase the role of Additive Manufacturing in Finland.
The ecosystem is funded by the participating companies and Business Finland, and is run by DIMECC Oy.
© 2024 DIMECC Oy
