T\u00e4ss\u00e4 kirjoituksessa perehdyt\u00e4\u00e4n pursotus+sintraus menetelm\u00e4\u00e4n k\u00e4yt\u00e4nn\u00f6n esimerkin avulla. Pursotus+sintraus menetelmi\u00e4 valmistaa t\u00e4ll\u00e4 hetkell\u00e4 kaksi laitevalmistajaa: Markforged sek\u00e4 Desktop Metal. Yritykset ovat ker\u00e4nneet viime vuosina taakseen runsaasti suuren kokoluokan toimijoita \u2013 Markforgedin rahoittajia ovat mm. Next47 (Siemens), Porsche SE ja Microsoft. Desktop Metal on puolestaan houkutellut sellaisia yrityksi\u00e4 kuin Koch, GE, GV, Panasonic, Ford ja BMW.<\/p>\n
3D-tulostusyritysten tapaan kummatkin yritykset ovat keksineet menetelmilleen omat nimityksens\u00e4. Markforged k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 menetelm\u00e4st\u00e4\u00e4n nime\u00e4 ADAM<\/strong> (Atomic Diffusion Additive Manufacturing), eli atomidiffuusioon perustuva lis\u00e4\u00e4v\u00e4 valmistus. Desktop Metal puolestaan kutsuu menetelm\u00e4\u00e4ns\u00e4 nimell\u00e4 Bound Metal Deposition<\/strong>, suoraan suomennettuna siis sidotun metallin sijoitusmenetelm\u00e4.<\/p>\n Kummatkin laitteet ovat p\u00e4\u00e4toimintaperiaatteiltaan samanlaiset \u2013 laitteissa on toki pieni\u00e4 eroja mutta suurimmat eroavaisuudet l\u00f6ytynev\u00e4t ohjelmistopuolelta. Yritykset ehtiv\u00e4t amerikkalaiseen tapaan riidell\u00e4 valmistusmenetelmien samankaltaisuuteen liittyen oikeudessakin (puolin ja toisin) ennen kuin p\u00e4\u00e4tyiv\u00e4t sovittelumenettelyyn vuonna 2018.<\/p>\n K\u00e4yt\u00e4nn\u00f6ss\u00e4 kyseess\u00e4 on pursotukseen, sidosaineen pesuun ja sintraukseen perustuva valmistusmenetelm\u00e4. Raaka-aineena oleva metalli pursotetaan muotoonsa sidosaineen avulla samaan tapaan kuin muovin pursotuslaitteissa yleens\u00e4kin – pursotusmateriaalina on metallifilamentti (sidosaine, jossa on mukana metalli jauhemaisessa muodossa). Printattu kappale laitetaan pesuun, jossa osa sidosaineesta pest\u00e4\u00e4n pois sintraustuloksen parantamiseksi. Pesun j\u00e4lkeen kappale sintrataan, jolloin siit\u00e4 palaa loput sidosaineet pois j\u00e4tt\u00e4en j\u00e4ljelle tiiviin (96-99%) metallikappaleen.<\/p>\n Koska tulostusvaiheessa kappale valmistetaan filamentista jossa metallijauhe on sekoitettuna poistettavaan sidosaineeseen, skaalataan kappale ohjelmassa automaattisesti n. 20% suuremmaksi ennen tulostusta. Sintrauksessa kappale tiivistyy lopulliseen kokoonsa.<\/p>\n Kuten kaikissa uusissa valmistusmenetelmiss\u00e4, t\u00e4m\u00e4nkin osalta valmistajilla meni ennakoitua enemm\u00e4n aikaa saada prosessi toimimaan halutulla tavalla. Muutaman vuoden odotuksen j\u00e4lkeen markkinoille alkoi vihdoin saapua laitteita. Markforged aloitti viime vuoden loppupuolella toimitukset niin ripe\u00e4ss\u00e4 tahdissa, ett\u00e4 vuoden loppuun menness\u00e4 oli toimitettu jo 200 j\u00e4rjestelm\u00e4\u00e4. Desktop Metal puolestaan ei ole viel\u00e4 aloittanut toimituksia, mutta lupailee niiden alkavan vuoden 2019 aikana.<\/p>\n Suomessa Markforgedin laitteistoja j\u00e4lleenmyyv\u00e4t Vossi Group ja PLM Group, Desktop Metal:in laitteita Protech. Toinen suomalaisista Markforgedin j\u00e4lleenmyyjist\u00e4, Vossi Group, on toimittanut Suomeen t\u00e4h\u00e4n menness\u00e4 kaksi j\u00e4rjestelm\u00e4\u00e4, joista toinen on yrityksell\u00e4 itsell\u00e4\u00e4n. Koska pursotus+sintraus menetelm\u00e4\u00e4n perustuva laitteisto on my\u00f6s Savonian 3D-tulostusymp\u00e4rist\u00f6n investointihankkeen hankintalistalla, k\u00e4vimme tutustumassa j\u00e4rjestelm\u00e4n toimintaan Vossin tiloissa.<\/p>\n Selvyyden vuoksi on painotettava sit\u00e4, ett\u00e4 pursotus+sintrausmenetelm\u00e4 ei tule syrj\u00e4ytt\u00e4m\u00e4\u00e4n jauhepetitekniikkaan perustuvia metallilaitteita vaan se t\u00e4ydent\u00e4\u00e4 3D-tulostusmahdollisuuksia eri k\u00e4ytt\u00f6tarkoituksiin. Menetelm\u00e4t poikkeavat toisistaan niin perustoiminnaltaan kuin valmistettavien kappaleiden ominaisuuksiltaan. Kummallekin menetelm\u00e4lle l\u00f6ytyy kysynt\u00e4\u00e4, sill\u00e4 valmistettavien osien k\u00e4ytt\u00f6kohteet poikkeavat toisistaan.<\/p>\n T\u00e4ss\u00e4 viel\u00e4 lyhyesti joitakin pursotus+sintraus menetelmien etuja ja rajoitteita:<\/p>\n Etuja<\/strong><\/p>\n Rajoitteita<\/strong><\/p>\n Kappaleen valmistus Markforgedin Metal X -laitteistolla voidaan jakaa toiminnallisesti nelj\u00e4\u00e4n eri osaan. Koska kummankin yrityksen laitteistot ovat tekniikaltaan samankaltaisia, on Desktop Metal -yrityksen Studio j\u00e4rjestelm\u00e4n valmistusprosessi hyvin samankaltainen.<\/p>\n <\/p>\n Siivutus tapahtuu Markforgedin Eiger -ohjelman kautta. Samaa ohjelmaa k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n kaikkien valmistajan laitteiden kanssa. Ohjelma on saatavina t\u00e4ysin pilvipalveluna (normaali k\u00e4ytt\u00f6tapa), osittaisena pilvipalveluna (STL-tiedostot s\u00e4ilytet\u00e4\u00e4n paikallisesti), tai lis\u00e4maksusta my\u00f6s t\u00e4ysin paikallisesti asennettavana versiona. Pilvipalvelupohjaiset ohjelmistot 3D-tulostuslaitteiden hallintaan ovat viime vuosina yleistyneet ja mahdollistavat raskaiden geometrioiden siivutuksen ilman tehokonetta.<\/p>\n Siivutuksen yhteydess\u00e4 valitaan k\u00e4ytetty materiaali sek\u00e4 joitakin valmistuksen parametreja mutta toistaiseksi valinnat ovat hyvin rajattuja. Ohjelmistop\u00e4ivitysten my\u00f6t\u00e4 jatkossa avautuu vaikutusmahdollisuuksia mm. Kappaleiden sis\u00e4isiin infill -rakenteisiin. Siivutusohjelma antaa arvion tulostusajasta sek\u00e4 tarvittavasta pesuajasta. Pienen\u00e4 yll\u00e4tyksen\u00e4 voi tulla pesuajan pituus joka on usein moninkertainen tulostusaikaan n\u00e4hden. Tarvittavaan pesuaikaan vaikuttaa mm. kappaleen geometrian poikkipinta-ala.<\/p>\n Tulostus on toimintaperiaatteeltaan sama kuin pursotustekniikkaan perustuvissa muovitulostimissakin. Tulostusalustan p\u00e4\u00e4ll\u00e4 on kertak\u00e4ytt\u00f6inen tulostuspaperi, joka kiinnittyy alipaineella l\u00e4mmitett\u00e4v\u00e4\u00e4n tulostusalustaan. T\u00e4m\u00e4 mahdollistaa kappaleen helpon irroittamisen tulostuksen j\u00e4lkeen. Filamentit (sek\u00e4 metallifilamentti ett\u00e4 keraaminen irrotuskerroksen filamentti) sijaitsevat tulostimen yl\u00e4puolella kammiossa, jota l\u00e4mmitet\u00e4\u00e4n hetki ennen tulostuksen aloittamista filamentin notkistamiseksi.<\/p>\n Kappaleen pohjalle valmistetaan tulostettavasta materiaalista pohjalevy, jonka paksuus on 3 mm. T\u00e4m\u00e4n p\u00e4\u00e4lle tulostetaan lis\u00e4ksi viel\u00e4 tarvittavat tukirakenteet, sill\u00e4 pursotusmenetelm\u00e4ss\u00e4 tyhj\u00e4n p\u00e4\u00e4lle tulostaminen ei ole mahdollista. Sallittu overhang n\u00e4ytti olevan testikappaleessamme n. 45 asteen luokkaa.<\/p>\n Tukirakenteen ja kappaleen v\u00e4liin tulostetaan keraaminen irrotuskerros, joka on yksi pursotus + sintrausmenetelm\u00e4n menetelm\u00e4n parhaista puolista. T\u00e4m\u00e4 mahdollistaa (ainakin periaatteessa) kappaleen irrottamisen ilman sahausta tai muuta ty\u00f6l\u00e4\u00e4mp\u00e4\u00e4 j\u00e4lkik\u00e4sittely\u00e4.<\/p>\n Tulostuksen aikana tulostusp\u00e4\u00e4t\u00e4 k\u00e4yd\u00e4\u00e4n puhdistamassa puhdistusasemassa lukuisia kertoja – v\u00e4lill\u00e4 useampia kertoja kesken kerroksen tulostamisen. Pikaisesti ajatellen tulostusaseman sijaitessa vasemmassa takanurkassa kappaleen sijoituksella l\u00e4helle sit\u00e4 voi s\u00e4\u00e4st\u00e4\u00e4 tulostusajassa. Tulostusaika on toisaalta nopein osa prosessia, joten sill\u00e4 ei ole todenn\u00e4k\u00f6isesti juurikaan merkityst\u00e4 l\u00e4pimenoajan kannalta.<\/p>\n Tulostuksesta valmistuu ns. \u201cgreen part\u201d, joka on skaalattu 18,5% suuremmaksi kun materiaalina on ruostumaton ter\u00e4s. Koska osalle tehd\u00e4\u00e4n ennen sintrausta viel\u00e4 pesuvaihe, kutsutaan pesun j\u00e4lkeist\u00e4 osaa puolestaan ruskeaksi, \u201dbrown part\u201d.<\/p>\n Tulostuksen j\u00e4lkeen kappaleet punnitaan ja niiden paino kirjataan yl\u00f6s. T\u00e4m\u00e4n j\u00e4lkeen on pesuvaiheen vuoro.<\/p>\n Pesuvaihe kest\u00e4\u00e4 helposti yli vuorokauden, joten tulostimella on mahdollista valmistaa useita kappaleita, joita voidaan lis\u00e4t\u00e4 pesuvaiheen sekaan. Jotta pysytt\u00e4isiin k\u00e4rryill\u00e4 siit\u00e4 miss\u00e4 vaiheessa pesu on mink\u00e4kin osan osalta, Eiger -ohjelmistossa voidaan sy\u00f6tt\u00e4\u00e4 pest\u00e4v\u00e4t kappaleet ja niille pesujen aloitusaika. T\u00e4m\u00e4 mahdollistaa pesurin tehokkaan hy\u00f6dynt\u00e4misen.<\/p>\n Kun pesuaika on suoritettu, nostetaan kappaleet hetkeksi (n. 10 min) valumaan pesualtaan yl\u00e4osaan. Valutuksen j\u00e4lkeen vuorossa on kuivaus pesurin toisessa kammiossa. Kuivaus kest\u00e4\u00e4 4 tuntia, jonka j\u00e4lkeen kappaleet punnitaan uudelleen.<\/p>\n Pesuvaiheen tavoitteena on pest\u00e4 pois kappaleista sidosainetta v\u00e4hint\u00e4\u00e4n 4.2% kokonaispainosta. Koska pesuvaiheen tehokkuuteen vaikuttaa mm. kappaleen tilavuus, geometriset muodot sek\u00e4 sis\u00e4iset rakenteet, ei pesuaika ole kaikille kappaleille sama. Valmistaja my\u00f6s suosittelee pesem\u00e4\u00e4n kuppimaiset osat yl\u00f6salaisin pesun tehostamiseksi. Mik\u00e4li punnituksessa todetaan poistuman olevan alle t\u00e4m\u00e4n, laitetaan kappaleet uudelleen pesuun.<\/p>\n Sintrausvaiheessa kappale tiivistyy lopulliseen muotoonsa. Valmistelevat toimenpiteet ovat suoraviivaisen helppoja, ja uunin kosketusn\u00e4yt\u00f6n ohjeistusta seuraamalla ne on suoritettu muutamassa minuutissa. Kappaleet laitetaan uuniin keraamisen levyn p\u00e4\u00e4ll\u00e4. Ja ne tulee sijoittaa uuniin samassa asennossa kuin ne on tulostettu. Luonnollisesti kappaleita ei saa laittaa p\u00e4\u00e4llekk\u00e4in tai sis\u00e4kk\u00e4in.<\/p>\n Sintraus tapahtuu suojakaasussa (argon). Markforged suosittelee laitteiden k\u00e4ytt\u00f6\u00f6n nestem\u00e4ist\u00e4 argonia, mutta my\u00f6s kaasu n\u00e4ytt\u00e4\u00e4 toimivan. Kaasun lis\u00e4ksi uunissa on suodattimia, jotka tulee vaihtaa s\u00e4\u00e4nn\u00f6llisin v\u00e4liajoin (riippuen uunin k\u00e4yt\u00f6st\u00e4).<\/p>\n Sintrausta ei saa keskeytt\u00e4\u00e4 aloittamisen j\u00e4lkeen, eik\u00e4 uunia avata kesken ty\u00f6vaiheen, sill\u00e4 sintrauksen aikana kappaleen materiaali voi olla jauhemaisessa muodossa, jolloin se on mm. terveydelle vaarallista. Ty\u00f6turvallisuussyist\u00e4 uunin sulkeminen ja avaus tapahtuvat kolmen pultin avulla jotka luukun sulkuvaiheessa kiristet\u00e4\u00e4n momenttiavaimella m\u00e4\u00e4r\u00e4tylle kireydelle. Luukkua ei siis pysty avaamaan vahingossa.<\/p>\n Sitrausaika on materiaalikohtaisesti vakio. Ruostumattomalle ter\u00e4kselle (17-4 PH Stainless Steel) aika on 26 tuntia, riippumatta siit\u00e4 miten paljon kappaleita on uunissa sis\u00e4ll\u00e4.<\/p>\n Kokonaisuudessaan valmistusaika testikappaleellemme oli n. 61 tuntia:<\/p>\n Ty\u00f6vaiheita tarkastellessa on hyv\u00e4 huomioida, ett\u00e4 sek\u00e4 pesu- ett\u00e4 sintrausvaiheisiin mahtuu useita kappaleita samanaikaisesti.<\/p>\n Miten sitten on kappaleiden mittatarkkuuden kanssa? <\/strong><\/p>\n 3D-skannasimme kaksi valmistettavaa kappaletta tulostuksenj\u00e4lkeisen\u00e4 \u201dgreen part\u201d -osana ja vertasimme niit\u00e4 l\u00e4ht\u00f6tietoina olleisiin STL-tiedostoihin. Mittauksen perusteella green partit olivat 18,5% suurempia kuin STL-tiedostot, joille siivutus tehtiin. T\u00e4m\u00e4 on hyvin linjassa valmistajien ilmoittaman n. 20% skaalauksen kanssa.<\/p>\n Sintrausajan pituudesta johtuen emme ehtineet saamaan k\u00e4siimme esimerkkikappaleena k\u00e4ytetty\u00e4 siivekett\u00e4, joten valmiin kappaleen mittatarkkuuden arviointia varten skannasimme yhden jo aiemmin valmistuneen kappaleen, jota vertasimme tulostuksen pohjana olleeseen STL-tiedostoon.<\/p>\n Seuraavassa kuvassa n\u00e4kyy skannatun kappaleen mittatarkkuus vain toiselta puolelta, mutta kuten lukuarvoista n\u00e4kee, kappale tiivistyy hyvin mallin mukaisiin mittoihin:<\/p>\n <\/p>\n Antti Alonen Lauri Alonen <\/p>\n <\/p>\n\n\n Metallin 3D-tulostuslaitteiden myynti on kasvanut viime vuosina merkitt\u00e4v\u00e4sti. Jauhepetitekniikan ja suorakerrostustekniikoiden rinnalle metallikappaleiden valmistukseen on nousemassa kaksi uutta menetelm\u00e4\u00e4, joissa kummassakin hy\u00f6dynnet\u00e4\u00e4n jauhemaista raaka-ainetta, sidosainetta ja sintrausta. Pursotukseen ja sintraukseen perustuvassa menetelm\u00e4ss\u00e4 metallijauhe on sidottuna pursotusmenetelm\u00e4ss\u00e4 k\u00e4ytett\u00e4v\u00e4n materiaalin joukkoon. Sidosaineruiskutukseen ja sintraukseen perustuvia menetelmi\u00e4 on tulossa useilta eri valmistajilta (mm. […]<\/p>\n","protected":false},"author":4267,"featured_media":386,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[27],"tags":[5,30,29,28],"class_list":["post-385","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-3dtik","tag-3d-tulostus","tag-markforged","tag-pursotus","tag-sintraus"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/385","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=385"}],"version-history":[{"count":12,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/385\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":981,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/385\/revisions\/981"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/media\/386"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=385"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=385"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=385"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}\n
\n
Kappaleiden valmistaminen Markforged Metal X 3D-tulostuslaitteella<\/h2>\n
![\"\"](\"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-content\/uploads\/sites\/4961\/2019\/02\/2019-02-metalx-kuva1-1024x405.jpg\")
\n
\n
![\"\"](\"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-content\/uploads\/sites\/4961\/2019\/02\/2019-02-metalx-kuva3-1024x303.jpg\")
\n
![\"\"](\"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-content\/uploads\/sites\/4961\/2019\/02\/2019-02-metalx-kuva2-1024x359.jpg\")
![\"\"](\"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-content\/uploads\/sites\/4961\/2019\/02\/2019-02-metalx-kuva4-1024x383.jpg\")
\n
![\"\"](\"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-content\/uploads\/sites\/4961\/2019\/02\/2019-02-metalx-kuva5-1024x449.jpg\")
\n
![\"\"](\"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-content\/uploads\/sites\/4961\/2019\/02\/2019-02-metalx-kuva6-1024x358.jpg\")
\n
\n
![\"\"](\"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-content\/uploads\/sites\/4961\/2019\/02\/2019-02-metalx-kuva7-1024x358.jpg\")
\nTKI-asiantuntija
\nSavonia-ammattikorkeakoulu<\/p>\n
\nProjekti-insin\u00f6\u00f6ri
\nSavonia-ammattikorkeakoulu<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-content\/uploads\/sites\/4961\/2021\/03\/lippulogot-1024x194_2020.png\")
<\/figure>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"