{"id":1092,"date":"2021-05-14T09:49:14","date_gmt":"2021-05-14T06:49:14","guid":{"rendered":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/?p=1092"},"modified":"2021-05-14T14:06:50","modified_gmt":"2021-05-14T11:06:50","slug":"3d-tulostettujen-metalliosien-tulostusprosessin-simulointi","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/2021\/05\/14\/3d-tulostettujen-metalliosien-tulostusprosessin-simulointi\/","title":{"rendered":"3D-tulostettujen metalliosien tulostusprosessin simulointi"},"content":{"rendered":"\n

3D-tulostettujen osien simuloinnissa piilee paljon mahdollisuuksia, joiden avulla voidaan taklata monta tulostukseen ja tulostettuihin osiin liittyv\u00e4\u00e4 ongelmaa jo ennen varsinaista tulostusta, joka taas voi osoittautua yll\u00e4tt\u00e4v\u00e4nkin kannattavaksi ja kustannustehokkaaksi vuositasolla. Simulointiin on tarjolla lukuisia eri ohjelmistoja, joista tunnetuimpia lienev\u00e4t Siemensin NX, Ansyksen Additive Solutions, sek\u00e4 Materialisen Magics, jota t\u00e4ss\u00e4 kirjoituksessa k\u00e4sitell\u00e4\u00e4n. Tulostusmateriaalina k\u00e4ytettiin H13 -ty\u00f6kaluter\u00e4st\u00e4, jota ei Suomessa kirjoitushetkell\u00e4 viel\u00e4 ole juurikaan tulostettu tutkimuslaitosten ulkopuolella.<\/p>\n\n\n\n

Materialisen mukaan on mahdollista v\u00e4hent\u00e4\u00e4 h\u00e4vikki\u00e4 tulostettujen osien tuotannosta jopa 50 % vuositasolla, mik\u00e4li simulointia hy\u00f6dynnet\u00e4\u00e4n oikein (Michiels 2021). Simuloinnin k\u00e4ytt\u00f6\u00f6n ei materialisen mukaan tarvita suurta asiantuntemusta, vaan lyhyell\u00e4 opettelulla saadaan jo suurin osa hy\u00f6dyist\u00e4 ulosmitattua. Magicsin tapauksessa voidaan toteuttaa tulostettavalle osalle mekaaninen ja \/ tai l\u00e4mp\u00f6simulointi, sek\u00e4 luoda kompensoitu malli simuloinnin tulosten perusteella.<\/p>\n\n\n\n

Simulointity\u00f6n valmistelu ja suorittaminen<\/p>\n\n\n\n

Simulointimoduulin k\u00e4ytt\u00f6 alkaa tekem\u00e4ll\u00e4 mekaaniselle simuloinnille kalibraatioty\u00f6, jossa tulostetaan esimerkiksi magicsin valmiilla esiasettelulla kolme \u201dkampaa\u201d, jotka on aseteltu 45 asteen kulmaan toisiinsa n\u00e4hden. Kammat tulostetaan samoilla parametreilla ja materiaalilla, joilla simulointia halutaan tehd\u00e4, eli mik\u00e4li koneella ajetaan useampia materiaaleja, tulee t\u00e4m\u00e4 vaihe tehd\u00e4 kaikille materiaaleille. Kampojen asettelua voidaan my\u00f6s muuttaa, jos sahausmenetelm\u00e4 ei mahdollista kaikkien hampaiden sahausta valmiilla asettelulla.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
KUVA 1. Kalibraatioty\u00f6n asettelu magicsissa. (Lipponen 2021).<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Kun kammat on saatu tulostettua, mitataan kamman et\u00e4isyys tulostusalustasta, jonka j\u00e4lkeen kampoja sahataan esimerkiksi vannesahalla, tai lankasahalla niin pitk\u00e4lle kuin hammastusta riitt\u00e4\u00e4, jonka j\u00e4lkeen sahatuista kammoista mitataan taipuneen k\u00e4rjen et\u00e4isyys tulostusalustaan, k\u00e4ytt\u00e4en apuna esimerkiksi mittapaloja.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
KUVA 2. Kammat tulostettuna ja sahauksessa. (Lipponen 2021.)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"\"
KUVA 3. Sahatun kamman mittaus. (Alonen 2021.)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Seuraavana toimenpiteen\u00e4 siirryt\u00e4\u00e4n magicsin puolelle, jossa suoritetaan varsinainen kalibrointi, luoden simulointiprofiili materiaalille, josta kammat tulostettiin. Kalibrointiin m\u00e4\u00e4ritet\u00e4\u00e4n profiilin nimi, k\u00e4ytetty jauhe (joita magicsin oletuskirjastoissa on ainakin toistaiseksi varsin suppeasti, eik\u00e4 jauheen nime\u00e4 voi m\u00e4\u00e4ritt\u00e4\u00e4 itse), sahauskorkeus, sek\u00e4 varsinaiset v\u00e4\u00e4ntym\u00e4n arvot muodossa: Sahauksen j\u00e4lkeen mitattu korkeus \u2013 korkeus tulostuksen j\u00e4lkeen.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
KUVA 4. Kalibraation valintaikkuna magicsissa. (Lipponen 2021.)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Kun mekaanista simulointia varten tehdyt kalibrointitoimenpiteet on tehty, t\u00e4ytyy viel\u00e4 m\u00e4\u00e4ritt\u00e4\u00e4 l\u00e4mp\u00f6simuloinnin asetukset;<\/p>\n\n\n\n

Sit\u00e4 varten t\u00e4ytyy luoda uusi simulointiprofiili, jonne m\u00e4\u00e4ritet\u00e4\u00e4n j\u00e4lleen kerran profiilin nimi ja k\u00e4ytetty jauhe, sek\u00e4 niiden lis\u00e4ksi erin\u00e4isi\u00e4 tulostusprosessiin liittyvi\u00e4 arvoja, kuten k\u00e4ytetty laserteho-, ja nopeus, sek\u00e4 kerroskorkeus ja jauheen levitykseen kerroksittain kuluva aika. Riippuen tulostimesta, voi laserin eri \u201dty\u00f6vaiheissa\u201d olla eri parametrit k\u00e4yt\u00f6ss\u00e4. Meid\u00e4n k\u00e4yt\u00f6ss\u00e4mme olevalla SLM 280 2.0 -tulostimella arvot otettiin hatch-parametrist\u00e4, jota k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n tulostettavan osan \u201dsisuksen\u201d sulattamiseen.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
KUVA 5. L\u00e4mp\u00f6simuloinnin profiilin luonti, esimerkkikuva. (Materialise.)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Kun profiilit on saatu m\u00e4\u00e4ritetty\u00e4, voidaan aloittaa tulostettavien osien simulointi halutuilla profiileilla valitsemalla sek\u00e4 mekaaninen-, ett\u00e4 l\u00e4mp\u00f6simulointi, tai vain toinen. Monen osan kohdalla jo pelkk\u00e4 mekaaninen simulointi antaa hyv\u00e4t l\u00e4ht\u00f6kohdat arvioinnille. L\u00e4mp\u00f6simuloinnin suorittaminen ottaa aikaa yleens\u00e4 moninkertaisesti mekaaniseen simulointiin verrattuna.<\/p>\n\n\n\n

Simulointia aloittaessa tulee valita k\u00e4ytett\u00e4v\u00e4t simulointiprofiilit, sek\u00e4 haluttu vokselikoko, joihin osa pilkotaan simulointia varten. Simuloinnin luonti-ikkunassa voidaan suorittaa my\u00f6s esitarkastelu, josta n\u00e4kyy osan geometrian pohjalta luotu, vokseleista kasattu simulointimalli.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
KUVA 6. Vokselikoon vertailua 0,5\u20131,5 mm v\u00e4lill\u00e4. (Lipponen 2021.)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Sopiva vokselikoko-, ja muoto riippuu osan geometriasta, ja halutun tuloksen tarkkuudesta. Geometriasta riippuen, alle 0,5 mm vokselikoolla ei en\u00e4\u00e4 saada merkitt\u00e4vi\u00e4 eroja lopputuloksen tarkkuuteen, mutta laskentaan kuluva aika voi jopa kymmenkertaistua 1 mm vokselikokoon verrattuna.<\/p>\n\n\n\n

K\u00e4yt\u00e4nn\u00f6n kokemuksen perusteella keskisuurissa osissa 0,5\u20131 mm v\u00e4lisell\u00e4, kuutiomaisella vokselikoolla saadaan jo suurin osa tuloksista n\u00e4kym\u00e4\u00e4n ainakin alustavasti, nostamatta liikaa laskentaan kuluvaa aikaa. Todelliset muutokset osassa voidaan todeta kuvantamalla valmis tuloste esimerkiksi r\u00f6ntgentomografialla, ja vertaamalla kuvannettua mallia alkuper\u00e4iseen.<\/p>\n\n\n\n

Simulointia tehdess\u00e4 tulisikin huomioida, ettei tuloksiin ole sataprosenttisesti luottamista, vaan niiden tulisi olla ennemminkin suuntaa-antavia, ja suunnitteluty\u00f6t\u00e4 ohjaavia ty\u00f6kaluja.<\/p>\n\n\n\n

Kun valinnat simuloinnista on tehty, simulointity\u00f6 l\u00e4hetet\u00e4\u00e4n job manageriin, josta se voidaan asettaa ty\u00f6jonoon, tai aloittaa v\u00e4litt\u00f6m\u00e4sti.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
KUVA 7. Simuloinnin job manager. (Lipponen 2021.)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Simulointity\u00f6n valmistuttua valitaan mit\u00e4 tuloksia halutaan ladata, kenties hy\u00f6dyllisimpien ollessa:<\/p>\n\n\n\n