Mitä on teollinen 3D-tulostaminen ja mitä etuja se tuo suunnitteluun ja valmistukseen

3D-tulostuksessa, eli ainetta lisäävässä valmistusmenetelmässä, kuten teollisen 3D-tulostamisen virallinen termi kuuluu, digitaalinen 3D-tiedostona oleva malli tuotteistetaan fyysiseksi kappaleeksi 3D-tulostimen avulla. Erona perinteisiin valmistusmenetelmiin, joissa kappale syntyy yleensä materiaalia poistamalla, 3D-tulostuksessa se syntyy materiaalia lisäämällä kerros kerrokselta. Periaate on aina sama riippumatta käytetystä 3D-tulostusteknologiasta tai materiaalista, mistä edellä mainittu termi, ainetta lisäävä valmistusmenetelmä.

3D-tulostuksella on monia selkeitä etuja perinteisiin valmistusmenetelmiin nähden avaten yrityksille aivan uusia liiketoimintamahdollisuuksia:

  • Tuoteportfolio on digitaalisena varastona, joka tuo mahdollisuuden tarjota esimerkiksi varaosia aivan eri mittakaavassa kuin ennen.
  • Suunnittelussa on enemmän vapauksia kun monimutkaisetkin muodot voidaan tulostaa yhtenä kappaleena.
  • Kappale voidaan optimoida toiminnallisuuden mukaan.  Samalla pystytään optimoimaan muodossa myös koko ja sitä myötä materiaalinkulutus.
  • Tuotekehitysaika nopeutuu, koska malli- ja testikappaleet sekä tuotteen tarvitsemat muutokset saadaan tehtyä helposti ja nopeasti päivissä.
  • Nopeampi valmistuksen ja sen myötä myynninaloitus sekä muutokset elinkaaren aikana, koska työkaluja ei tarvita.
  • Valmistus voidaan tehdä pelkästään tarpeeseen, ei varastoon.
  • Yksittäiskappaleiden ja pienten sarjojen valmistus kustannustehokasta.
  • Räätälöityjen tuotteiden, myös massakustomoitujen, valmistus lähes ilman kustannuslisää.
  • Valmistuksessa erittäin pieni materiaalihukka.
  • Kustannustehokas logistiikka ja toimitusketju, kun valmistus on paikallista.

Tulostamme lopputuotteita ja protoja niin yksittäiskappaleina kuin sarjoinakin, komponentteja, osakokoonpanoja, toiminnallisia kokoonpanoja, varaosia, tuotannon apuvälineitä, pika- ja pienoismalleja ja paljon muuta. Ota yhteyttä ja pyydä tarjous.

Tulostustekniikat

3D-tulostustekniikoita on nykyään seitsemän ylätason tekniikkaa, jotka jakaantuvat edelleen n. 15:een alatasoon. Omassa tuotantokäytössämme on kolmen eri tulostustekniikan laitteita – Multi Jet Fusion, Stereolithography ja Fuse Deposition Modeling -, mutta kattavan alihankinta- ja kumppanuusverkostomme ansioosta pystymme toimittamaan kappaleita käytännössä kaikilla 3D-tekniikoilla ja materiaaleilla tulostettuna mukaan lukien metallitulosteet. Seuraavassa yleisimpien tekniikoiden lyhyet esittelyt.

HP Multi Jet Fusion (MJF)

Oman tuotantomme kivijalka on on HP:n kehittämä Multi Jet Fusion (MJF) -tekniikka, joka on yksi nopeimmista ja kustannustehokkaimmista teollisista 3D-tulostustekniikoista. MJF on jauhepetipohjainen tekniikka (Powder Bed Fusion), jossa lämpöä ja lisäaineita hyväksi käyttäen sulatetaan ja kovetetaan jauheesta kappale. MJF soveltuu erittäin hyvin tarkkuutta vaativien toiminnallisten ja muodoiltaan monimutkaisten kappaleiden, lopputuotteiden ja prototyyppien, valmistukseen. Tulosteita voi myös jälkikäsitellä esimerkiksi värjäämällä, maalaamalla ja lakkaamalla. Designrajoitteita on vähän, mutta koska jauhe toimii myös tukimateriaalina, sen poistaminen kannattaa ottaa huomioon suunnittelussa. Katso lisää ohjeita suunnitteluun oheisesta dokumentista (englanniksi).

HP _suunnitteluohjeet

Tulostuskammion tilavuus: 380x284x380 mm

Tulostusnopeus: 4000 cm³/h (täysi kammiollinen n. 16h)

Kerrospaksuus: 0,07-0,1 mm

Materiaali: PA12 (nylon)

Stereolithoraphy (SLA)

Stereolithography (SLA) on yksi vanhimmista 3D-tulostustekniikoista. Siinä kappale syntyy nestemäisestä hartsista (photopolymer) laserilla kovettamalla. SLA-tekniikalla pystytään valmistamaan sekä kovia että pehmeitä kappaleita ja se soveltuu sileää pinnanlaatua ja erittäin suurta tarkkuutta vaativien pienten kappaleiden pikamallinnukseen, patsaisiin, koruihin ja muotteihin.  Tukirakenne on samaa materiaalia ja se poistetaan mekaanisesti. Tulosteita voi myös jälkikäsitellä esimerkiksi maalaamalla ja lakkaamalla.

Tulostusalan tilavuus: 145x145x175 mm

Kerrospaksuus: 0,025-0,1 mm

Materiaali: nestemäinen hartsi, useita erilaisia

 

Fuse Deposition Modeling (FDM)

Fuse Deposition Modeling eli FDM on useimmille se tutuin 3D-tulostustekniikka, ovathan harrastekäyttöön kehitetyt pöytälaitteet kaikki tätä teknologiaa hyödyntäviä. FDM:ssä filamentti eli lanka sulatetaan tulostuspäässä ja levitetään alustalle kerros kerrokselta. Materiaali kovettuu jäähtyessään. Käytössämme olevat FDM-laitteet ovat tuotantotason laitteita ja ne soveltuvat hyvin esimerkiksi muottien tulostamiseen. Materiaalina on ABS Plus.

Tulostustilavuus: 254x254x305 mm

Kerrospaksuus: 0,254 ja 0,33 mm

Materiaali: ABS Plus

Selective Laser Sintering (SLS)

Selective Laser Sintering eli lasersintraus eli SLS on yksi yleisimmin käytetyistä muovin teollisista tulostustekniikoista. SLS on jauhepetipohjainen tekniikka, jossa laser sulattaa ja kovettaa jauheesta kappaleen. Materiaalina on yleisimmin nylon, joskin elastomeerejäkin on tullut jo markkinoille. SLS:ssä tulostusaika on suhteellisen nopea, mutta jäähdytys pitkähkö. Designrajoitteita on hyvin vähän ja tekniikka soveltuukin toiminnallisten ja muodoltaan monimutkaisten kappaleiden valmistukseen laadun ollessa lopputuotetasoa. Jauhe toimii tukimateriaalina ja sen poisto pitääkin ottaa huomioon kappaletta suunnitellessa. Kaiken kaikkiaan pinnanlaatu ja muut ominaisuudet ovat samankaltaiset HP Multi Jet Fusion -tekniikalla tulostettujen kappaleiden kanssa SLS-kappaleiden ollessa kuitenkin jonkin verran huokoisempia ja värin valkoinen.  Valkoisen värin ansiosta kappaleita on helppo värjätä useisiin eri sävyihin.

Metallitulostus

Metallin 3D-tulostus on tällä hetkellä nopeimmin kasvava 3D-tulostuksen alue maailmassa. Siinä kaksi yleisintä tekniikkaa ovat Selective Laser Melting (SLM) ja Electron Beam Melting. Molemmat tekniikat perustuvat jauheen sulattamiseen lämmön avulla, SLM laserilla ja EBM elektronisäteillä. Ne molemmat vaativat myös tukirakenteen, jonka tehtävänä on tuen lisäksi johtaa lämpöä pois. Materiaaleina on jo laaja kirjo erilaisia metalleja alumiinin ja teräksen ollessa yleisimmin käytettyjä. Laadultaan metallitulosteet vastaavat jo perinteisin menetelmin valmistettuja kappaleita kemiallisten yhdisteiden, mekaanisten ominaisuuksien sekä mikrorakenteen suhteen. Kappaleet voidaan myös suunnitella toiminnallisuutensa mukaan optimoiden, jolloin päästään pienempiin ja kevyempiin ratkaisuihin. Muun muassa tästä johtuen erityisesti lentokone- ja autoteollisuus käyttävät enenevässä määrin metallituostusta. Metallitulostuksen laajempaa käyttöönottoa ovat hidastaneet sen muovitulostusta selvästi korkeammat kustannukset, jotka johtuvat laitteiden ja materiaalin kalleudesta, sekä ennen kaikkea kappaleiden jälkityöstön vaativuudesta ja työvoimavaltaisuudesta.

Tulosteiden jälkikäsittely ja muut lisäpalvelut

Tarjoamme palveluna myös tulosteiden jälkikäsittelyä.

Yleisimmin kysytty jälkikäsittely on värjäys, jota teemme Multi Jet Fusion -teknologialla tulostetuille kappaleille. Värjäyksessä kappale upotetaan väriaineeseen, joka imeytyy kappaleeseen. Menetelmä ei vaikuta kappaleen mittoihin, pinnanlaatuun tai muihin ominaisuuksiin. MJF-tulosteet ovat luonnostaan pinnalta harmaita ja sisältä umpimustia. Tämä rajoittaa tarjolla olevien värien määrää ja toistaiseksi tarjoammekin vain mustaa.  Jos tulostus on tehty Selected laser Sintering (SLS) -teknologialla, on tulostetuille kappaleille saatavana myös muita värejä.

Maalaamme / lakkaamme yksittäiset tuotteet ja muutaman kappaleen sarjat pääasiassa itse. Isompiin sarjoihin ja vaativampiin tarpeisiin käytämme ammattimaalaria. Tämä palvelu on saatavana kaikille muovitulosteille tulostusteknologiasta riippumatta.

Tavanomaisempien maalien ja lakkojen lisäksi tarjoamme myös valikoituja erikoispinnoitteita sekä teemme sopimuksen mukaan tulosteille asennustöitä kuten esimerkiksi kokoonpanoa, ruuvi-inserttien asennusta jne.

Lisäpalveluna tarjoamme myös muun muassa silikonivaluja tulostetuilla muoteilla sekä pienimuotoista muovilevyjen laserleikkausta. Ota yhteyttä ja kysy lisää näistä palveluista.