Kuvassa tulostetaan metallista koekappaletta WAAM-menetelmällä.
Nivalan teollisuuskylässä ELME Studiossa metallin 3D-tulostuksen, erikoislämpökäsittelyjen ja materiaalin karakterisoinnin parissa työskentelevä Oulun yliopiston Kerttu Saalasti Instituutin FMT-tutkimusryhmä on päätoteuttaja yhteispohjoismaisessa metallin suorakerrostusmenetelmien käyttöönottoa edistävässä tutkimushankkeessa.
Nivalan Teollisuuskylä Oy rahoittaa hanketta.
Suorakerrostusmenetelmää käytetään metallisten kappaleiden valmistuksessa.
– Energia kohdistetaan tulostettavaan kappaleeseen ja sula materiaali lisätään tulostettavaan kappaleeseen kerros kerrokselta. Materiaali voi olla jauhetta tai lankaa, joka sulatetaan laserilla tai valokaarella kerroksittain valmistettavaan kappaleeseen, selvittää Oulun yliopiston Kerttu Saalasti Instituutin tutkija, projektipäällikkö Mikko Hietala.
Suorakerrostustulostukseen on saatavilla valmiita kaupallisia laitteistoja.
– Nivalassa panostetaan helppokäyttöiseen ja edulliseen metallin 3D-tulostuslaitteistoon. Tätä edustaa WAAM-tutkimusmenetelmä: tulostaminen tapahtuu teollisuudessa yleisesti käytössä olevilla MIG/MAG-hitsauslaitteistoilla, moderneilla robottihitsaussoluilla ja CNC-mekanisoiduilla ratkaisuilla.
Tutkittavat metallimateriaalit ovat ruostumaton teräs, normaali ja luja hiiliteräs sekä alumiini. Osat tulostetaan pääosin Nivalassa, mutta tutkittavia kappaleita saadaan myös LUT-yliopistolta ja yrityksiltä.
– Tulosteet ovat vakiokokoisia koekappaleita, jotta niiden ominaisuudet ovat vertailtavissa. Tulosteista valmistetaan koesauvat ja muut näytteet leikkaamalla ja koneistamalla, Hietala kertoo.
Koekappaleille tehdään väsytys-, veto- ja iskusitkeyskokeet, kovuusmittaukset sekä mikrorakennetutkimukset. Kappaleista tutkitaan lujuusominaisuudet, väsymiskestävyys, iskusitkeys sekä mikrorakenne.
Tieteellinen tutkimus sisältää syy-seuraus-yhteyksien määrittämisen mikroskooppisten tekijöiden ja mekaanisten ominaisuuksien välillä. Tuloksien avulla voidaan optimoida teolliset prosessit materiaalilaadun varmistamiseksi ja valmistuskustannusten pienentämiseksi.
Hietalan mukaan materiaalin tutkimus tehdään pääosin Nivalassa ja Oulun yliopistolla. Myös hankekumppanit tekevät tutkimusta omissa tutkimusympäristöissään.
Hanke edistää konepajateollisuuden uudistumista. Nivalan alueella on esimerkiksi useita hitsaus-, suunnittelu- ja koneistusalan yrityksiä, jotka voivat hyödyntää tietoa menetelmän antamista mahdollisuuksista.
– Menetelmänä metallin suorakerrostustulostaminen avaa mahdollisuuksia erityisesti suurten ja vaativien kappaleiden valmistamiseen, sanoo tutkimusjohtaja Antti Järvenpää Oulun yliopiston Kerttu Saalasti Instituutista.
– Tyypillisesti tulostetut kappaleet koneistetaan osittain suorakerrostuksen jälkeen, mutta lopputuote voi olla myös pelkkä lähelle lopullista muotoa tulostettu koneistusaihio tai täysin valmis kävelysilta, kuten hollantilaiset demonstroivat.
Järvenpään mukaan suorakerrostustulostus yleistyy teollisuudessa.
– Se on tärkeää metalliteollisuuden kestävän kehityksen kannalta ja vauhdittaa digitaalista valmistusta. Metallin tulostusmenetelmien käyttöönotto yrityksissä on avain toimitusvarmuuden ylläpitämiseen kriisitilanteiden, kuten sodan tai pandemian aikana, jolloin maailmanlaajuiset toimitusketjut eivät toimi normaalisti.
Paikallisen teollisuuden lisäksi hankkeessa tehdään yhteistyötä kansainvälisten laitevalmistajien kanssa.
Hankkeen toteutuksessa ovat mukana Oulun yliopisto, Luulajan teknillinen yliopisto (LTU), Lappeenrannan yliopisto sekä UiT – Norjan arktinen yliopisto.
Aikataulu
Metallin suorakerrostusmenetelmien käyttöönottoa yrityksissä edistävä hanke Implementation of DeD AM in future manufacturing (IDiD) toteutetaan ajalla 1.1.2023 – 31.12.2025
Rahoittajat
Interreg Aurora -rahoitusohjelma, Lapin liitto, Nivalan kaupunki, Nivalan Teollisuuskylä Oy, Region Norrbotten sekä suomalaisyritykset Randax Oy ja Ponsse Oyj.
Projektipäällikkö Mikko Hietala esittelee WAAM-tulosteita. Vasemmalla on tulostettu kappale, josta koneistetaan keskellä oleva aihio, josta leikataan oikealla oleva koesauva.
WAAM-laitteistoon kuuluu hitsauskone ja 3-akselinen CNC-laite.
Valmis WAAM-tekniikalla tulostettu koekappale, josta valmistetaan testinäytteet.
Lisätietoja
Oulun yliopisto Kerttu Saalasti Instituutti, tutkimusjohtaja Antti Järvenpää +358 44 555 1633, antti.jarvenpaa(at)oulu.fi
Oulun yliopisto Kerttu Saalasti Instituutti, projektipäällikkö Mikko Hietala +358 40 754 7135, mikko.hietala(at)oulu.fi