Sisältö on luettavissa myös suomeksi, valitse kieli alempana.
Finland’s largest metal 3D print was tested according to the pressure vessel standard EN 13445-3. The pressure vessel and test results are presented at Formnext Frankfurt.
The pressure vessel realized in cooperation between ANDRITZ Savonlinna Works Oy and the FAME Ecosystem withstood the non-destructive and destructive tests carried out by LUT University better than expected. In the tests, the pressure was increased until the piece started to break. This happened at a pressure of 111 bar.
“This vessel was designed for an operating pressure of 10 bar, which includes the safety factors. The preliminary calculation showed that the rupture would occur at around 90 bar, i.e. the actual durability far exceeded expectations. It must be noted that in real production pieces, the test pressure of the pressure vessel is usually only done at around 1.5 times the operating pressure, i.e. in this case the test pressure would have been only 15 bars,” says Santeri Varis, Additive Manufacturing Manager at ANDRITZ Savonlinna Works Oy.
“It was known in advance that the quality of the method used on a small scale is good, but there was no experience with such a large scale. I was surprised by such a high result, and it certainly strengthened my belief in the good quality of WAAM,” he continues.
The approximately 300-kilogram pressure vessel is manufactured with ANDRITZ Savonlinna Works Oy’s equipment, whose operating principle is direct deposition, arc as an energy source (DED-Arc). Colloquially, the method is known by the abbreviation WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing). Made of acid-resistant stainless steel (316L), the approximately 300-kilogram pressure vessel has a diameter of 900 mm and a height of 1600 mm. Elomatic has also been involved in its design phase.
The pressure vessel has been tested in many ways. First, it underwent non-destructive testing (NDT) with penetrant. LUT University’s experiments tested its material and geometry-based performance. The finished part was compared with, among other things, the CAD model, which it matched at best with an accuracy of two millimeters on average, which is a very good result, which is practically explained by the width of the printed weld.
In the pressure test, water was pumped into the vessel, and it was monitored what changes it causes in the diameter of the widest part of the vessel. The pressure was gradually increased at first and finally to the maximum.
“Under 66 bars, there were still no noticeable changes in the vessel. The shape started to give way after 80 bars. We continued the test so long that some water leaked out of the vessel at 111 bars. At that point, a small crack appeared next to the legs of the vessel. The diameter had expanded by seven percent. The result is very good for a piece like this, which is designed to withstand much lower pressure,” says Doctoral Researcher Kalle Lipiäinen from LUT University.
The crack was welded and in the next test there was a fracture right at the leg again. This indicated that the leg area was a structural weak point, and the first breakdown was not due to, for example, a manufacturing error.
There is now information about the use of WAAM in large pieces that was not available before. The FAME Ecosystem distributes information to companies and LUT publishes scientific articles on the subject.
“We learned a lot from the testing process. It would be great if there were more opportunities to carry out tests of large 3D printed parts and hybrid structures,” says Lipiäinen.
“The test results show the skeptics that high-quality pieces can be made with 3D printing if you know what to do and understand the design and manufacturing process. Now it’s just a question of companies’ ability to adapt new technology into their own manufacturing processes, because otherwise there’s a risk of falling behind competitors,” says FAME Ecosystem Lead Eetu Holstein from DIMECC Oy.
In Finland, many companies in the metal industry would in principle already have all the prerequisites to manufacture their own 3D printed pressure equipment and other products, because the printing equipment needed for WAAM practically consists of a robotic welding cell and a robotic welding power source, where you can find a program suitable for the WAAM process.
However, a 3D-printed pressure vessel will not immediately appear on the market. The reason for that is standardization. Pressure vessels must meet the pressure equipment directives and EN standardization is at the stage that the working group has been established. This means that in a few years there may be standards for design and production. While waiting for that, the process and testing can be refined.
In the printing of the pressure vessel, the arc time was about 100 hours, but the actual production time, including cooling, inspections and measurements, and learning, was about 300 hours. More than three kilometers of welds were consumed in the pressure vessel. At its best, the printing speed was three kilograms per hour.
The testing of the Finnish skill sample has attracted international interest, so the pressure vessel and the results will be presented in Frankfurt at Formnext, the main event of additive manufacturing.
“In Finland, we have enormously good expertise in the design, manufacture and testing of 3D prints. We are able to stand out in the world as experts in particularly demanding 3D prints, which means demanding designs and applications as well as the ability to print rarer materials. We are trying to bring this message to the attention of people both in Finland and abroad,” says Eetu Holstein.
The pressure vessel and the test results are on display at Formnext’s Nordic Pavilion, hall 11.0, stand D68.
More information
Ecosystem Lead Eetu Holstein, DIMECC Ltd., tel +358 40 840 8660, eetu.holstein@dimecc.com
fame3d.fi
Suomen suurin metalli-3D-tuloste testattiin painelaitestandardin EN 13445-3 mukaisesti. Testitulokset esitellään kansainväliselle yleisölle Formnext-messuilla Frankfurtissa.
ANDRITZ Savonlinna Works Oy:n ja FAME-ekosysteemin yhteistyössä valmistama paineastia kesti LUT-yliopiston toteuttamat rikkomattomat ja rikkovat testit odotuksia paremmin. Kokeissa painetta lisättiin niin kauan, että kappale alkoi murtua. Tämä tapahtui 111 baarin paineessa.
“Tämä säiliö suunniteltiin 10 baarin käyttöpaineelle, mikä sisältää varmuuskertoimet. Alustava laskenta näytti, että murtuminen tapahtuisi noin 90 baarissa eli todellinen kestävyys ylitti reilusti odotukset. Täytyy huomioida, että oikeissa tuotantokappaleissa paineastian koeponnistus tehdään yleensä vain noin 1,5-kertaiselle käyttöpaineelle eli tässä tapauksessa koepaine olisi ollut vain 15 baaria”, sanoo lisäävän valmistuksen päällikkö Santeri Varis, ANDRITZ Savonlinna Works Oy:stä.
”Ennalta oli tiedossa, että pienessä mittakaavassa käytetyn menetelmän laatu on hyvä, mutta näin isosta koosta ei ollut kokemuksia. Olin yllättynyt noinkin korkeasta tuloksesta ja se kyllä vahvisti uskoa WAAMin hyvään laatuun”, hän jatkaa.
Noin 300-kiloinen paineastia on valmistettu ANDRITZ Savonlinna Works Oy:n 3D-tulostuslaitteistolla, jonka toimintaperiaatteena on suorakerrostus energianlähteenä valokaari (DED-Arc). Puhekielessä menetelmä tunnetaan WAAM-lyhenteellä (Wire Arc Additive Manufacturing). Haponkestävästä ruostumattomasta teräksestä (316L) valmistetun noin 300-kiloisen paineastian halkaisija on 900 mm ja korkeus 1600 mm. Sen suunnitteluvaiheessa on ollut mukana myös Elomatic.
Paineastiaa on testattu monin tavoin. Ensin sille tehtiin rikkomaton aineenkoetus (NDT) tunkeumanesteellä. LUT-yliopiston kokeissa testattiin sen materiaalista ja geometriasta määräytyvää suorituskykyä. Valmista kappaletta verrattiin muun muassa CAD-malliin, jota se vastasi parhaimmillaan keskimäärin kahden millimetrin tarkkuudella. Tämä on erittäin hyvä tulos, joka käytännössä selittyy tulostetun hitsin leveydellä.
Painekokeessa astiaan pumpattiin vettä ja seurattiin, mitä muutoksia se aiheuttaa astian leveimmän kohdan halkaisijaan. Painetta nostettiin aluksi asteittain ja lopuksi maksimiin.
”Alle 66 baarissa ei astiassa ollut vielä havaittavissa mittavia muutoksia. Muoto alkoi antaa periksi 80 baarin jälkeen. Jatkoimme testiä niin kauan, että astiasta vuosi vettä ulos 111 baarissa. Astian jalan viereen tuli siinä vaiheessa pieni halkeama. Siinä vaiheessa halkaisija oli laajentunut seitsemän prosenttia. Tulos on erittäin hyvä tämänkaltaiselle kappaleelle, joka on suunniteltu kestämään huomattavasti pienempää painetta”, sanoo tutkija Kalle Lipiäinen LUT-yliopistosta.
Halkeama hitsattiin kuntoon ja seuraavassakin testissä tuli murtuma juuri jalan kohdalle. Tämä kertoi siitä, että jalan alue oli rakenteellinen heikko kohta, eikä ensimmäinen hajoaminen johtunut esimerkiksi valmistusvirheestä.
WAAMin käytöstä suurissa kappaleissa on nyt syntynyt tietoa, jota ei aiemmin ole ollut saatavilla. FAME-ekosysteemi jakaakin tietoa yrityksille ja LUT julkaisee aiheesta tieteellisiä artikkeleja.
”Opimme testausprosessista paljon. Olisi hienoa, jos mahdollisuuksia toteuttaa suurten 3D-tulostettujen kappaleiden sekä hybridirakenteiden testejä olisi enemmän”, Lipiäinen sanoo.
”Testitulokset osoittavat epäilijöille, että 3D-tulostamalla voidaan tehdä laadukkaita kappaleita, kun tiedetään mitä tehdään ja ymmärretään suunnittelu- sekä valmistusprosessi. Nyt on vain kyse yritysten kyvystä adaptoida uusi teknologia osaksi omia valmistusprosesseja, sillä muuten on vaarana, että jää kilpailijoista jälkeen”, ekosysteemijohtaja Eetu Holstein DIMECC Oy:stä sanoo.
Suomessa monilla metalliteollisuuden yrityksillä olisi periaatteessa jo nyt kaikki edellytykset valmistaa omia 3D-tulostettuja painelaitteita sekä muita tuotteita, sillä WAAMiin tarvittava tulostuslaitteisto koostuu käytännössä robottihitsaussolusta ja robottihitsausvirtalähteestä, josta löytyy WAAM-prosessiin sopiva ohjelma.
3D-tulostettu paineastia ei kuitenkaan heti ilmesty markkinoille. Siihen on syynä standardisointi. Paineastioiden pitää täyttää painelaitedirektiivit ja EN-standardisointi on siinä vaiheessa, että työryhmä on perustettu. Tämä tarkoittaa, että muutaman vuoden päästä suunnittelulle ja tuotannolle voi olla olemassa standardit. Sitä odotellessa voidaan hioa prosessia ja testausta.
Paineastian tulostuksessa valokaariaika oli noin 100 tuntia, mutta todellinen tuotantoaika oli jäähdytyksineen, tarkastuksineen ja mittauksineen sekä opetteluineen noin 300 tuntia. Paineastiaan kului yli kolme kilometriä hitsipalkoa. Parhaimmillaan tulostusnopeus oli kolmen kilogramman tuntivauhtia.
Suomalaisen taidonnäytteen testaus on herättänyt kansainvälistä kiinnostusta, joten paineastiaa ja tuloksia esitellään Frankfurtissa lisäävän valmistuksen päätapahtumassa Formnext-messuilla.
”Meillä on Suomessa valtavan hyvä osaaminen 3D-tulosteiden suunnittelusta, valmistuksesta sekä testaamisesta. Pystymme erottautumaan maailmalla erityisesti vaativien tulosteiden osaajana, mikä tarkoittaa vaativia designeja ja käyttökohteita sekä kykyä tulostaa harvinaisempia materiaaleja. Yritämme tätä viestiä viedä ihmisten tietoisuuteen niin Suomessa kuin ulkomaillakin”, Eetu Holstein sanoo.
Paineastia ja testitulokset ovat esillä Formnextin pohjoismaisessa paviljongissa
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.
© 2025 DIMECC Oy
Business ID: 2179030-4 (Finland)
Åkerlundinkatu 8, 33100 Tampere
Eteläranta 10, 00130 Helsinki