Miksi 3D-tulostus määrittää tuotesuunnittelun ja tuotannon uudelleen

3D-tulostus mullistaa metallituotteiden suunnittelu- ja valmistustavan tulevaisuudessa. Perinteisillä valmistusmenetelmillä ei pystytä käsittelemään kaikkia geometriatyyppejä, mutta 3D-tulostuksessa vain taivas on rajana.

3D-tulostuksessa ja lasertyöstössä käytetään metallijauhetta tai -lankaa, josta tuotetaan kolmiulotteisia metallituotteita 3D-tulostustekniikalla. Näyttää siltä, että valikoivan lasersulatuksen (Selective Laser Melting, SLM) menetelmän suosio kasvaa valtavasti tulevina vuosina. Siinä metallijauhetta sulatetaan laserin avulla kerros kerrokselta. Koska 3D-tulostin syöttää materiaalia vain oikeisiin paikkoihin, se sopii erinomaisesti mutkikkaiden ja kevyiden muotojen valmistamiseen monimutkaisia ja laadukkaita sovelluksia varten. 3D-tulostuksen odotetaankin vaikuttavan eniten auto-, ilmailu- ja lääketieteen aloihin, vaikka sitä voidaan käyttää useimmilla metallin valmistuksen aloilla.

”Kosteus ja happi ovat kaksi kaikista tärkeintä parametria, kun pyritään optimaalisiin 3D-tulostuksen olosuhteisiin. Mitä reaktiivisempaa materiaali on, sitä olennaisempaa on ylläpitää inerttiä ympäristöä”, AGAn Bo Williamsson toteaa.

3D-tulostuksen käyttäminen tuotannossa tuo mukanaan erilaisia haasteita ja mahdollisuuksia. Vaikka 3D-tulostimen investointi- ja käyttökustannukset ovat suhteellisen suuret, sillä on monia ilmeisiä hyötyjä perinteisiin valmistusmenetelmiin verrattuna. 3D-tulostin voi esimerkiksi valmistaa monimutkaisia geometrioita pienemmästä materiaalimäärästä, mikä vähentää materiaalin kulutusta ja jätettä. Lopputuloksena käyttäjät voivat hyötyä komponentista, joka on entistä vahvempi, kevyempi, energiatehokkaampi sekä myös upean näköinen.

3D-tulostuksessa yksityiskohdat ”tulostetaan” kerros kerrokselta käyttämällä laseria ja metallijauhetta. Siinä voidaan kuitenkin käyttää myös muita voimanlähteitä ja materiaaleja.

3D-tulostus voi olla erittäin palkitsevaa

AGAn pohjoisesta markkina-alueesta vastaava laser- ja 3D-tulostuksen johtaja Bo Williamsson sanoo, että  3D-tulostuksen hyödyt ovat sen haittapuolia suuremmat.

Suuritehoinen lasersäde skannataan jauhekerroksen yli sintraamalla jauhe haluttuun muotoon lasersäteen polulle. Jokaisen kerroksen jälkeen tasoa madalletaan ja levitetään uusi jauhekerros. Tämä tekniikka soveltuu pienempiin komponentteihin, joissa tarkkuus on keskeinen vaatimus.

“Vaikka teollisuudella on vielä paljon opittavaa tästä menetelmästä, on selvää, että sen avulla on voitu tulostaa geometrioita, joita ei aiemmin oltaisi voitu tuottaa. 3D-tulostuksen avulla suunnittelijat voivat vapaammin luoda hyvin tarkkoja ominaisuuksia, jotka liittyvät rakenteeseen, vahvuuteen, painoon, esteettisyyteen ja aerodynaamisuuteen,” Williamsson selittää ja lisää, että nyt voidaan yhdessä tuotantojaksossa tulostaa prosesseja, jotka vaativat aiemmin paljon aikaa ja useita tuotantovaiheita.

3D-tulostus mahdollistaa lukemattomia edistysaskelia maailmanlaajuisesti. Williamsson kertoo tästä esimerkkinä, että ilma-alan moottoreista saataisiin huomattavasti kevyempiä, kun niiden mallia muutetaan ja 3D-tulostinta käytetään moottorin osien valmistukseen. Muita esimerkkejä ovat muun muassa räätälöityjen implanttien, vaihteiston yksityiskohtien ja prototyyppien valmistus sekä Formula 1 -autojen komponenttien ja yksilöityjen polkupyörärunkojen kehittäminen. Williamssonin mukaan mahdollisuudet ovat äärettömät.

Mikä on AGAn rooli 3D-tulostuksessa?

Kun tarkastellaan 3D-tulostimen prosessointikammiota, jossa kolmiulotteinen, yksityiskohtainen osa luodaan sulattamalla metallijauhetta kerros kerrokselta laserilla inertissä ympäristössä, voidaan todeta, että tällä prosessilla on paljon yhteistä hitsauksen kanssa. 3D-tulostusprosessissa käytetään argonin kaltaisia prosessikaasuja, jotta tulostusolosuhteet olisivat optimaaliset.

Metallijauheesta 3D-tulostettu esine, jonka valmistuksessa on käytetty Linden ADDvance-tekniikkaa. Ylimääräinen jauhe poistetaan kappaleesta. Kuva: Trumpf.

Siksi AGAn ja Linden kaltaisista yrityksistä on nopeasti tulossa suosittuja yhteistyökumppaneita additiivisen valmistuksen alalla – niillä on ainutlaatuista kokemusta ja tietämystä kaasuista, metallurgiasta ja hitsauksesta.