LISÄÄVÄÄ VALMISTUSTEKNIIKKAA ALIHANKINNASSA

Pikamallinnus, 3D Printtaus, AM, lisäävä valmistus, ynnä muuta, ynnä muuta. Ja koko joukko kolmikirjaisia lyhennelmiä, sellaisia, kuten SLS, SLA, jne.

Rakkaalla lapsella on monta nimeä. Ja näitä lapsia oli Alihankinta 2019-messuilla paljon liikkeellä.

.

Tässä artikkelissa luodaan lyhyt yhteenvetomainen katsaus 3D-menetelmien nykytilaan. Kuvausta täydentää kirjoittajan Alihankinta 2019-messuilla viiden näytteilleasettajan osastoilla tehdyt havainnot.

Meistä kaikilla – näin uskallan sanoa – on monia kokemuksia lisäävien valmistustekniikoiden parista. Allekirjoittaneen ensimmäiset kokemukset vievä vuosien taakse, kun eräässä muovitehtaassa pääsin tutustumaan ”maailman ihmeellisempään” valmistustekniikkaan, joka mahdollisti ennennäkemättömän hankalien (mahdottomien?) kappaleiden valmistukseen jopa metalleista. Mieleen silloin jäivät mm. sisäkkäin pyörivät pallot ja moni-ilmeiset shakkinappulat.

Tässä artikkelissa olemme keskittyneet käsittelemään muutamia Alihankinta-messulla 2019 esillä olleita 3D-asioita ja yrityksiä. Esitys on tällä kertaa ennemminkin johdantomainen. Asioihin tarkempi perehtyminen on sitten esillä lehtemme seuraavissa numeroissa.

Menetelmistä lyhyesti

Menetelmien kirjo on vuosien mittaan ollut moninainen. Niiden määrä on laajentunut nopeasti. Eri asia sitten on, mikä – tai mitkä – ovat todella nousseet perinteisten valmistusmenetelmien kilpailijoiksi.

Ainakin seuraavia menetelmiä on viime vuosien mittaan esitelty:

SLS Selective Laser Sintering
DMLS Direct Metal Laser Sintering
FDM Fused Deposition Modelling
SLA Stereolithography
LOM Laminated Object Manufacturing
EBM Electron Beam Welding
IJ Ink Jet
3DP 3D Printing

Miksi AM tai 3D, miksi ei?

Niinpä. Miksipä ei? Ainetta lisääville menetelmille ilmoitetaan useita etuja, joiden perusteella ne ovat ylivertaisia perinteisiin tekniikoihin verrattuna. Tällaisia ovat mm. soveltuvuus yksittäiskappaleiden valmistukseen, muotittomuus alentamassa kustannuksia, monimutkaiset (= muuten mahdottomat) kappaleet vastapäästöineen, pieni koko, paikallinen toimitus/valmistus, varaosien nopea saatavuus paikanpäällä, tuotteeseen sulautettu älykkyys (mahdollisuus) ja printattu kokoonpano.

Vaan miksi ei sitten kuitenkaan. Rajoitteitakin AM-menetelmillä on. Sellaisia kuten erittäin rajallinen raaka-ainevalikoima, 3D-rakenteesta johtuva alentunut lujuus sekö epätasainen pinnanlaatu ja jälkityöstön tarve. Usein käytetty raaka-aine on puolivalmiste -lanka – jolloin sen valmistuksesta syntyy kustannuksia ennen kuin itse AM-prosessiin päästään. Muutenkin kustannukset voivat karata, varsinkin, jos sarjakoot kasvavat.

Milloin AM/3D on valmistusmenetelmänä perinteisiä edullisempi?

Ainetta lisäävän valmistuksen paremmuutta usein verrataan perinteisiin menetelmiin, erityisesti ruiskuvaluun. Tällöin jako on usein kahteen – ei kuitenkaan tasapäiseen – leiriin. Usein perusteluna on hinta, toki muutkin ominaisuudet ovat esillä.

Ruiskuvalussa -samoin kuin muissakin perinteisissä valmistusmenetelmissä kiinteät kokonaiskustannukset ovat heti alkuun korkeat – ts. välitön hyppy origosta pitkin kustannus(pysty)akselia, mutta ne alun muotti- yms. investointien jälkeen pysyvät miltei vakiona valmistusmäärien kasvaessa. Toki kiinteitä kustannuksia tulee, mutta ne ovat per kappale suhteellisen pieniä.

3D-valmistuksessa aloituskustannukset ovat yleensä alhaiset, ja kokonaiskustannukset kasvavat lineaarisesti sarjakoon kasvaessa. Jossain kohtaa nämä kuvaajat risteävät ja tuo piste (= kappalemäärä vs. kokonaiskustannuset ) voi toimia karkeana raja-arvona näitä kahta menetelmää vertailtaessa.

Luonnollisesti em. vertailu ei ota huomioon kaikkia valmistusprosesseihin vaikuttavia tekijöitä. Molemmissa menetelmissä syntyy viallisia kappaleita – toki voimme kiistellä siitä kuinka paljon tai kummassa enemmän. Energian kulutus ei ole tasaista läpi koko prosessin, ja voihan raaka-aineen hintakin vaihdella. Koneiden ja laitteiden vikaantumisalttius pitää sekin ottaa huomioon, samoin kuluminen/korroosio ja huollon tarve.

Oikea materiaali oikeaan paikkaan.

Vanha(n) suunnittelijan sääntö

AM-ratkaisuun päätyessään suunnittelijan kuitenkin pitää muistaa yksi erittäin tärkeä periaate – jo ennen kuin on piirtänyt yhtään tuoteviivaa putkelle.

Ja jos on vaikeuksia muistaa tätä sääntöä, niin kannattaa palata tähän artikkeliin ja tarkistaa sääntö tämän palstan vasemmalta puolelta.

Kuva: HP:n Kalle Lepola peräänkuuluttaa vanhoista suunnittelusäännöistä irti päästämistä kilpailuvalttina, kuvasta esimerkkiä. Kuva: HP.

Kukas sen ensimmäisen kiven heittää?

Ei ainakaan tämän artikkelin kirjoittaja. Joka toteaa, että vanhoja oppeja Herwoodin metsien keskellä muistellessa tulee mieleen vanha sääntö oikeasta materiaalista ja/tai valmistusmenetelmästä oikeassa paikassa. Suunnittelutyössä jos jossain pitää säilyttää pää kylmänä ja etsiä/löytää se oikea materiaali. Uusien asioiden perässä ei kannata juosta, mutta eipä kyllä kannata aina pitäytyä itsepäisesti vanhassakaan. Se paras ratkaisu löytyy todennäköisesti jostain päin välimaastoa. Molempi siis parempi!

Oma kokemukseni – ja käsityksenikin – on sen suuntainen, että pienten sarjojen valmistusmenetelmät

  • eivät ole välttämättä protosarjoja – voivat toki olla – vaan yhä useammin tuotantosarjoja muutamista kappaleista parin sadan suuruisiin sarjoihin.
  • koostuvat useista erilaisista menetelmistä.
  • ovat huonosti suunnittelijoiden tiedossa, niiden hyväksi käyttö voisi olla tuotevalmistuksessa paljonkin tehokkaampaa.
  • voisivat olla paljon tehokkaammin käytössä tässä pienentyvien sarjakokojen maailmassa.
  • ovat mahdollisia niin suoraan tuotevalmistuksessa kuin muotin tekemisessäkin – tietyin rajoituksin kuitenkin.

Ei välttämättä pelkkää AM/3D-valmistusta

Useat AM/3D-alalla toimivat yritykset ovat pitkän linjan muoviosaajia ja/tai koneensuunnittelijoita. Näin ollen niiden tuotesortimenttiin kuuluu AM-valmistuksen ohella usein suunnittelu. Samoin voi kuulua sellaisia osaamisalueita, kuten

Tuotesuunnittelu-Mallinnus-Työkalusuunnittelu-Tuotevalmistus

Valikoima voi olla laajempikin – toki suppeampikin.

Ajatec Oy:n uusin panostus on teolliseen tuotantoon tarkoitettu Multi Jet Fusion-laitteisto.

Voi olla, että yritys on pelkästään AM-valmistaja, 3D-printtaaja. Tosin vaikeaa voi olla kokonaan ”irti” suunnittelutoimista. Tärkeää on huomata yritysten tarjoavan printtausta laajempia palvelukokonaisuuksia, jopa ruiskuvaluakin. Palvelujen kattavuus asiakkaan näkökulmasta on erittäin tärkeää. Toki liiketoiminnan tämän päivän ytimessä näillä yrityksillä on juurikin AM/3D-valmistusteknologia(t).

Piensarjamuottien valmistuksesta

AM-tekniikoista puhuttaessa usein jäävät syrjään piensarjavalmistukseen tehtävät muotit. Näille on oma paikkansa tässä koko ajan pienenevien tuotesarjakokojen maailmassa. Yhä useammin teollisuudessa tulee esille tarve valmistaa muutamien kappaleiden sarja/sarjoja ei proto, vaan tuotantomielessä. Muutostarve ja -tahti tuotteelle ja sen geometrialle kun voi olla todella nopea. Tällöin perinteisen muotin valmistaminen ei ole taloudellisesti mahdollista, joten 3D voisi tarjota kilpailukykyisen tavan.

Muovialalla puhutaan pikavalusta, missä 3D-tekniikka on yhdistettynä halpoihin muottimateriaaleihin, vaikkapa silikoniin tai kipsiin. Oikealla osan, samoin kuin prosessiparametrien suunnittelulla saadaan muotti kestämään – tuotegeometriasta ja valmistusmenetelmästä riippuen – muutamista valuista jopa pariin sataan kappaleeseen. Pikavalu soveltuu erilaisiin piensarjojen valmistusmenetelmiin, kuten muovien tyhjiö- tai metallien tarkkuusvalu.

Biomimiikka tulee mukaan AM-valmistukseen

Biomimiikka on tuonut AM-tekniikan kautta koneenrakennukseen aivan uusia piirteitä. Luonnosta mukaan tulevien ratkaisujen kautta voidaan kopioida luonnon kehittämien materiaalien ominaisuuksia sekä rakenteita ja muotoja . Tällainen on esimerkiksi puu jousto-ominaisuuksineen.

Esimerkkinä biomimiikasta oli messuilla esillä ollut tutkimusryhmän työn tuloksena syntynyt, yhteisesti kehitetty 3D-tulostettu silta. Kyseessä on co-creation (=yhteisesti kehitetty) teknologia -, johon kukin osapuoli on tuonut oman osaamisensa.

Lopuksi on hyvä todeta, että työ jatkuu. Menetelmät ja materiaalit kehittyvät, materiaalikirjo niin metallien kuin muovienkin kohdalla laajenee. Ja niinkuin Lehtisilta-kappaleesta huomaamme, niin kokonaan uudentyyppisiä materiaalejakin tulee markkinoille.

Tärkeää on kuitenkin muistaa, että oikean sovelluksen/käyttökohteen löytäminen on erittäin tärkeää. AM-tekniikat ovat erinomainen lisä aina protovalmistuksesta varsinaiseen tuotantoon saakka, jossa ne voivat korvata perinteisillä menetelmillä valmistettuja osia/tuotteita. Kuitenkin – niin kuin aiemmin tässä artikkelissa on kerrottu – kokonaan uudenlaista ajatusmaailmaa tarvitaan suunnittelussa. Tuote pitää suunnitella AM/3D-valmistettavaksi, vain sillä tapaa menetelmän hyödyt saadaan mahdollisimman hyvin hyödynnettyä.

Please follow and like us:

Releated

ALIHANKINTA 2019 – TAMPERE TÄYTTYI TEOLLISUUDEN TOIMIJOISTA

Teksti: Karita Silén, kuvat: Jukka Silén (ellei lähde toisin ilmoitettu) 17.731 messuvierasta, yli 1.100 näytteilleasettajaa. Syksyyn valmistuva, aurinkoinen Tampere täyttyi kolmeksi päiväksi alihankinnasta ja teollisuuden edustajista. Oman merkittävän osansa messujen annista otti muoviteollisuus, sillä yli 100 muovialan yritystä sen eri alueilta oli esillä niin konvertoinnin, raaka-aineiden kuin oheislaitteidenkin parissa. Messukävijöistä muovin parissa työskenteleviä henkilöitä oli […]

Social media & sharing icons powered by UltimatelySocial