{"id":242,"date":"2018-11-08T07:54:50","date_gmt":"2018-11-08T07:54:50","guid":{"rendered":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/?p=242"},"modified":"2021-03-24T12:22:05","modified_gmt":"2021-03-24T12:22:05","slug":"muovin-lisaava-valmistus-ja-materiaaliominaisuudet-sls-vs-mjf","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/2018\/11\/08\/muovin-lisaava-valmistus-ja-materiaaliominaisuudet-sls-vs-mjf\/","title":{"rendered":"Muovin lis\u00e4\u00e4v\u00e4 valmistus ja materiaaliominaisuudet: SLS vs MJF"},"content":{"rendered":"

Muovi on yleisin lis\u00e4\u00e4v\u00e4n valmistuksen materiaali. Teollisuuden tarpeisiin 3D-tulostetut muovikappaleet valmistetaan yleisimmin jauhepetimenetelm\u00e4ll\u00e4, standardin mukaiselta termilt\u00e4\u00e4n \u201dPowder Bed Fusion\u201d. Yleisin k\u00e4ytetty muovimateriaali em. menetelm\u00e4ss\u00e4 on Polyamidi (PA), joskin sit\u00e4 kutsutaan yleisesti Nyloniksi.<\/p>\n

Polyamidit ovat yleisesti ottaen lujia, j\u00e4ykki\u00e4, kulutuksen-, iskun- ja kemikaalinkest\u00e4vi\u00e4 materiaaleja. Nylonien heikkouksiin kuuluu materiaalin taipumus ime\u00e4 itseens\u00e4 kosteutta enemm\u00e4n kuin monet muut muovit, jolloin taas sen mekaaniset ominaisuudet k\u00e4rsiv\u00e4t. Pinnoittamalla erilaisilla suoja-aineilla voidaan n\u00e4iden pintojen ominaisuuksia parantaa kosteutta paremmin hylkiv\u00e4ksi. Pinnoitteiden avulla voidaan pinnat tehd\u00e4 my\u00f6s paremmin UV-s\u00e4teily\u00e4 kest\u00e4viksi tai puhtaampana pidett\u00e4viksi.
\nNylonit voidaan jakaa kahteen ryhm\u00e4\u00e4n rakenteensa perusteella. Toisessa ryhm\u00e4ss\u00e4 polyamidit muodostuvat vain yhden tyyppisist\u00e4 monomeereist\u00e4, kuten PA6, PA11 tai PA12. Toisessa ryhm\u00e4ss\u00e4 molekyyliketjut muodostuvat kahdesta erilaisesta monomeerista (PA66, PA69 tai PA610).<\/p>\n

Yleisin jauhepetimenetelm\u00e4ss\u00e4 k\u00e4ytett\u00e4v\u00e4 polyamidi on PA12. T\u00e4m\u00e4 katsaus pohjautuu LIVA -hankkeessa tehtyyn tutkimukseen, ja siin\u00e4 verrataan kesken\u00e4\u00e4n kolmea eri testisarjaa joissa materiaalina on PA12.<\/p>\n

\"\"
Kuva 1. PA12 on yleinen materiaali teollisuuden ty\u00f6kalukomponenteissa. Kuvassa vasemmalla robotin tarttuja, oikealla tartuntap\u00e4\u00e4n imuohjain. L\u00e4hde: Formnext 2017<\/figcaption><\/figure>\n

Taulukossa 1 on esitetty muutaman t\u00e4m\u00e4n ryhm\u00e4n muovin mekaanisia ominaisuuksia. Valmistusmenetelm\u00e4n\u00e4 n\u00e4iss\u00e4 on l\u00e4hteen mukaan ollut ruiskuvalu.<\/p>\n

\"\"
Taulukko 1. Ruiskuvalettujen polyamidien mekaanisia ominaisuuksia. (L\u00e4hde: Valuatlas, http:\/\/www.valuatlas.fi\/tietomat\/docs\/plastics_PA_FI.pdf<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n

Muovikappaleiden mekaanisia ominaisuuksia tutkittaessa on my\u00f6s muistettava lujuusominaisuuksien riippuvuus l\u00e4mp\u00f6tilasta. Lasittumisl\u00e4mp\u00f6tilalla tarkoitetaan l\u00e4mp\u00f6tilaa, jonka yl\u00e4puolella amorfinen polymeeri muuttuu viskoosiksi sulaksi tai kumimaiseksi materiaaliksi. Useiden kirjallisuusl\u00e4hteiden mukaan lasittumisl\u00e4mp\u00f6tila esitet\u00e4\u00e4n muutosalueen keskikohtana lasittumisl\u00e4mp\u00f6tila-alueella. Tekniikan kemian oppikirjan t\u00e4m\u00e4n muutosl\u00e4mp\u00f6tilan alapuolella amorfiset polymeerit ja kiteisten polymeerien amorfiset osat ovat kovia ja lasimaisia aineita. Kuvassa 2 havainnollistuu eritt\u00e4in selke\u00e4sti lasittumisl\u00e4mp\u00f6tila, jossa esitet\u00e4\u00e4n kestomuovin lujuusominaisuuksien riippuvuus l\u00e4mp\u00f6tilasta.<\/p>\n

\"\"
Kuva 2. Kestomuovin lujuusominaisuuksien riippuvuus l\u00e4mp\u00f6tilasta. (L\u00e4hde: Konetekniikan materiaalioppi, Koivisto & ym., 2008)<\/figcaption><\/figure>\n

Tutkimuksessa perehdyttiin PA12 muovista valmistettujen kappaleiden materiaaliominaisuuksiin, kun valmistuksessa k\u00e4ytettiin seuraavia lis\u00e4\u00e4v\u00e4n valmistuksen menetelmi\u00e4:<\/p>\n

    \n
  1. Multi Jet Fusion (MJF)<\/strong>
    \nHP:n kehitt\u00e4m\u00e4 3D-tulostusmenetelm\u00e4 joka on yhdistelm\u00e4 jauhepeti- ja sidosaineruiskutusmenetelmi\u00e4. Kappale valmistetaan jauhepediss\u00e4 mutta lasersulatuksen sijaan sijaan jauhepetiin ruiskutetaan sidosainetta ja kohdistetaan l\u00e4mp\u00f6energiaa infrapunavalon avulla.<\/li>\n
  2. Selective Laser Sintering (SLS)<\/strong>
    \nSelective Laser Sintering (SLS), on yleisin k\u00e4yt\u00f6ss\u00e4 oleva jauhepetimenetelm\u00e4 muovituotteiden valmistuksessa.<\/li>\n<\/ol>\n

    N\u00e4ytesarjat valmistettiin suomalaisten 3D-tulostuspalveluntarjoajien toimesta ja ne liittyv\u00e4t laajempaan testauskokonaisuuteen, jossa tutkitaan 3D-tulostettujen materiaalien soveltuvuutta ulkok\u00e4yt\u00f6ss\u00e4.
    \nSLS \u2013menetelm\u00e4ll\u00e4 valmistettujen kappaleiden tiedettiin ennaltak\u00e4sin olevan rakenteeltaan huokoisia, joten ne tilattiin pinnoitettuna.
    \nMJF \u2013menetelm\u00e4ll\u00e4 valmistettujen kappaleiden huokoisuudesta ei ollut varmuutta joten niit\u00e4 tilattiin kaksi sarjaa, toinen pinnoitettuna ja toinen pinnoittamattomana.<\/p>\n

    Testisarjat (5 kpl \/ sarja) olivat:
    \n– Sarja A: pinnoittamaton MJF (balanced mode, natural cooling)
    \n– Sarja B: v\u00e4rj\u00e4tty ja pinnoitettu MJF (vett\u00e4 hylkiv\u00e4 pinnoite, balanced mode, fast cooling)
    \n– Sarja C: pinnoitettu SLS (vett\u00e4 hylkiv\u00e4 tfc-mikropinnoite)<\/p>\n

    Seuraavassa kuvassa on esitetty n\u00e4ytesarjat vetokokeiden j\u00e4lkeen.<\/p>\n

    \"\"
    Kuva 3. Tutkitut n\u00e4ytteet vetokokeen j\u00e4lkeen.<\/figcaption><\/figure>\n

    Testauksen tavoitteena oli siis verrata HP:n Multi Jet Fusion (MJF) menetelm\u00e4ll\u00e4 valmistettuja kappaleita Selective Laser Sintering (SLS) menetelm\u00e4ll\u00e4 valmistettuihin kappaleisiin. Testaus tapahtui huoneenl\u00e4mm\u00f6ss\u00e4 (n. 20 \u00b0C)<\/p>\n

    \"\"
    Taulukko 2. Kovuusmittaukset, murtolujuus ja murtovenym\u00e4, * = PA12 ruiskuvalu.<\/figcaption><\/figure>\n

    Testisarjojen perusteella voidaan todeta ett\u00e4 Shore D \u2013kovuusmittauksissa tai murtolujuudessa ei ole merkitt\u00e4v\u00e4\u00e4 eroa MJF ja SLS \u2013menetelmien v\u00e4lill\u00e4. 3D-tulostettujen kappaleiden Shore D \u2013kovuus on suurempi kuin ruiskuvaletulla PA12 \u2013materiaalilla mutta murtolujuus on samaa luokkaa.<\/p>\n

    Murtovenym\u00e4n osalta n\u00e4kyy selv\u00e4 ero MJF ja SLS menetelmien v\u00e4lill\u00e4. Ruiskuvaluun verrattuna lukemat ovat aivan eri luokkaa, eiv\u00e4tk\u00e4 ole siten j\u00e4rkev\u00e4ss\u00e4 mieless\u00e4 vertailukelpoisia. T\u00e4h\u00e4n vaikuttaa luonnollisesti valmistustekniikka; 3D-tulostuksessa valmistus tapahtuu kerroksittain toisin kuin ruiskuvalussa.<\/p>\n

    \"\"
    Kuva 4. Kuva vetosauvojen mikrorakenteesta (200x suurennos).<\/figcaption><\/figure>\n

    Tutkimus jatkuu<\/strong><\/p>\n

    Testauksen seuraavissa vaiheissa tutkitaan uv-s\u00e4teilyn, kosteuden ja kylmyyden vaikutuksia materiaaliominaisuuksiin. Polymeerit ovat tunnettuja \u201dheikosta\u201d UV:n- ja kosteuden kest\u00e4vyydest\u00e4. Muovitulosteiden pakkasenkestosta puolestaan ei juurikaan ole tietoa saatavilla. UV-testin pituudeksi m\u00e4\u00e4ritettiin 1600 tuntia, joten testituloksia niilt\u00e4 osin julkaistaan vasta vuoden loppupuolella.<\/p>\n

     <\/p>\n

    Mika M\u00e4kinen
    \nLehtori<\/p>\n

    Arvo Tiilikainen
    \nProjekti-insin\u00f6\u00f6ri<\/p>\n

    Antti Alonen
    \nTKI-asiantuntija
    \nhttp:\/\/alvo.savonia.fi<\/a><\/p>\n

     <\/p>\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Muovi on yleisin lis\u00e4\u00e4v\u00e4n valmistuksen materiaali. Teollisuuden tarpeisiin 3D-tulostetut muovikappaleet valmistetaan yleisimmin jauhepetimenetelm\u00e4ll\u00e4, standardin mukaiselta termilt\u00e4\u00e4n \u201dPowder Bed Fusion\u201d. Yleisin k\u00e4ytetty muovimateriaali em. menetelm\u00e4ss\u00e4 on Polyamidi (PA), joskin sit\u00e4 kutsutaan yleisesti Nyloniksi. Polyamidit ovat yleisesti ottaen lujia, j\u00e4ykki\u00e4, kulutuksen-, iskun- ja kemikaalinkest\u00e4vi\u00e4 materiaaleja. Nylonien heikkouksiin kuuluu materiaalin taipumus ime\u00e4 itseens\u00e4 […]<\/p>\n","protected":false},"author":4267,"featured_media":248,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[20,1],"tags":[5,22,21],"class_list":["post-242","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-liva","category-uncategorized","tag-3d-tulostus","tag-mjf","tag-sls"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/242","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/users\/4267"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=242"}],"version-history":[{"count":7,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/242\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":989,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/242\/revisions\/989"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/media\/248"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=242"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=242"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=242"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}