AM-tekniikan hyödyntäminen päätypadon kehittämisessä

(1)

AM-tekniikan hyödyntäminen päätypadon kehittämisessä

Jan-Kristian Ollinen

OPINNÄYTETYÖ Toukokuu 2019

Konetekniikan tutkinto-ohjelma Tuotantotekniikan opintosuunta

(2)

TIIVISTELMÄ

Tampereen ammattikorkeakoulu Konetekniikan tutkinto-ohjelma Tuotantotekniikan opintosuunta OLLINEN, JAN-KRISTIAN:

AM-tekniikan hyödyntäminen päätypadon kehittämisessä

Opinnäytetyö 53 sivua, joista liitteitä 2 sivua Toukokuu 2019

Opinnäytetyön tavoitteena oli lisätä toimeksiantajan tietämystä ainetta lisäävistä valmistusmenetelmistä ja niiden mahdollisuuksista. Tarkoituksena oli tehdä opin- näytetyöraportista tietopaketti, jossa kerrotaan hieman koko 3D-tulostusproses- sista ja eri 3D-tulostustekniikoista. Materiaalia lisäävien valmistusmenetelmien mahdollisuudet oli tarkoitus osoittaa tekemällä toimeksiantajalle pilotti. Pilottina toimi liima-aseman päätypadon kehitys ja tulostus. Päätypatoa kehittämällä pyrittiin pääsemään eroon prosessissa sivutuotteena syntyvästä vesi-liimaseoksesta. Työn lopuksi oli tarkoitus suorittaa koeajot uusilla päätypadoilla, joiden perusteella oli tarkoitus arvioida kehitystyön onnistumista.

Opinnäytetyön käytännön osuus eli päätypadon kehitys suoritettiin yhteistyössä toimeksiantajan kanssa ja heidän toivomustensa mukaan luotiin kaksi eri mallia, joista toimeksiantaja valitsi mieleisensä. Valittua mallia paranneltiin toimeksiantajan näkemyksen mukaan, minkä jälkeen kappale tulostettiin valitulla 3D-tulos- tustekniikalla. Tulostuksen jälkeen päätypadot pestiin ja niihin liitettiin tarvittavat liittimet ja letkut.

Opinnäytetyön lopputuloksena on raportti sekä kaksi tulostettua päätypatoa, jotka toimivat työn pilottina. Raportti sisältää tietopaketin eri 3D-tulostustekniikoista sekä muutaman työkalun tekniikan valintaan. Lisäksi raportissa on kerrottu, kuinka 3D-tulostusprosessi etenee. Siinä on myös kerrottu pilotin kehitystyön eri vaiheet ja vastaan tulleet ongelmat. Tällä raportilla ja kahdella koulutustilaisuu- della pystyttiin lisäämään toimeksiantajan tietämystä materiaalia lisäävistä val- mistusmenetelmistä, joka oli työn tarkoituksena. Koeajoja ei pystytty suorittamaan tuotannossa olleiden kiireiden takia, joten kehitystyön onnistumista ei pystytty täysin arvioimaan johtopäätöksissä. Tästä huoliomatta ennalta määriteltyihin tavoitteisiin päästiin ja esimerkiksi AM-tekniikan mahdollisuudet onnistuttiin osoittamaan tulostamalla melko monimutkainen kappale, jollaista ei muilla valmistus- menetelmillä olisi pystynyt valmistamaan.

Asiasanat: ainetta lisäävä valmistus menetelmä, päätypato, 3D-tulostustekniikka, AM-tekniikka

(3)

ABSTRACT

Tampereen ammattikorkeakoulu

Tampere University of Applied Sciences

Degree Programme in Mechanical Engineering Production Engineering

OLLINEN JAN-KRISTIAN:

Utilization of AM-Technology in Development of End Plates

Bachelor's thesis 53 pages, appendices 2 pages May 2019

The main goal of this thesis was to improve the client’s knowledge of additive manufacturing technology and its potential. The main purpose was to create a handbook about AM-technologies and 3D-printing process. The potential uses of AM-technologies were to be demonstrated by piloting the development and 3D- printing of end plates. The aim of development was to get rid of the mixture of adhesive and water which is appearing in the production process as a harmful by-product. Finally, the objective was to evaluate the success of development on basis of test runs.

The functional part of the thesis was carried out in active cooperation with the client. At first, based on their wishes, two different end plate models were created, of which the client chose the one which they preferred. The selected model re- quired some fine tuning based on the client’s wishes, after which the end plates were printed with a carefully selected printing technology. After the printing, the end plates were washed and assembled with couplings and hoses

As a result of this study, this thesis and two 3D-printed end plates were produced.

This thesis contains an information package about 3D-printing technologies and printing process. It also includes couple tools that will help the user to choose the right technology. Different phases of the pilot and problems of development are also described. Test runs could not be performed due to production pressure, so the success of the development work could not be evaluated fully. Despite the lack of test runs, all goals were achieved. For example, the potential of AM-technology was shown by printing a complex product which cannot be made with any other manufacturing method. Also, the client’s knowledge of additive manufacturing was improved with this document and two lectures about AM-technologies.

Key words: additive manufacturing, end plate, 3D-printing technology, AM-technology

(4)

SISÄLLYS

1 JOHDANTO ... 5

2 TYÖN TAUSTA ... 6

2.1 Toimeksiantaja ... 6

2.1.1 UPM-Kymmene ... 6

2.1.2 UPM Raflatac ... 7

2.1.3 Raflatac Tampere ... 7

2.2 Tarralaminaatti ja sen valmistus ... 10

2.2.1 Tarralaminaatti ... 10

2.2.2 Tarralaminaatin valmistus ... 14

2.2.3 Pilotti ... 20

2.3 3D-tulostus ... 21

2.3.1 Tulostus tekniikat ... 22

2.3.1.1 Material extrusion ... 22

2.3.1.2 Vat Polymerization ... 25

2.3.1.3 Powder Bed Fusion ... 28

2.3.1.4 Material Jetting ... 31

2.3.1.5 Binder Jetting ... 33

2.3.2 Tekniikan valinta ... 35

3 TYÖNKULKU ... 37

3.1 Aihepiiri ja pilotti ... 37

3.2 Suunnitelma ... 37

3.3 Toteutus ... 38

3.4 Lopputulos ... 49

4 Pohdinta ... 50

LÄHTEET ... 51

LIITTEET ... 52

Liite 1. Valintatyökalu ... 52

Liite 1. Vertailutaulukko ... 53

(5)

1 JOHDANTO

Tämä opinnäytetyö on tehty UPM Raflatac:n Tampereen tuotantolaitokselle, joka sijaitsee Tampereen Tesomalla. Työn tarve syntyi, kun toimeksiantajan halu ny- kyaikaistaa omaa tuotantolaitostaan ja tekijän mielenkiinto 3D-tulostukseen koh- tasivat. Opinnäytetyön tavoitteena oli kehittää toimeksiantajan tietämystä ainetta lisäävistä valmistusmenetelmistä ja sen mahdollisuuksista. Työn tarkoituksena oli luoda toimeksiantajalle tietopaketti tähän raporttiin eri 3D-tulostustekniikoista ja materiaaleista. Lisäksi tietopaketista löytyy muutama työkalu tulostustekniikan valintaan. AM-tekniikoiden mahdollisuudet oli tarkoitus osoittaa tekemällä pilotti.

Pilotiksi valikoitui verholiima-aseman päätypadon kehitys ja 3D-tulostaminen.

Päätypatoja kehittämällä pyrittiin pääsemään eroon prosessissa sivutuotteena syntyvästä vesi-liimaseoksesta, sillä kyseistä seosta ei pystytä uudelleen käyttä- mään, joten se päätyy jätteeksi. Lopuksi oli tarkoitus suorittaa koeajot, joiden perusteella piti arvioida kehitystyön onnistumista. Koeajoja ei kuitenkaan ehditty suorittamaan opinnäytetyön puitteissa tuotannon kiireiden takia.

Tietopaketin ja pilotin lisäksi opinnäytetyössä esitellään itse toimeksiantaja sekä sen käyttämiä opinnäytetyöhön liittyviä tuotantoprosesseja. Tämän lisäksi raportissa esitellään toimeksiantajan tuotteita ja samalla kerrotaan, kuinka niitä valmistetaan ja mihin loppukäyttökohteisiin niitä käytetään. Raportissa on myös kerrot- tuna pilotiksi valitun päätypadon toimintaperiaate, sen kehityksen eri vaiheet sekä varsinainen tulostusprosessi jälkitöineen. Koeajojen peruuntumisen takia pilotin kehitystyön onnistumista ei olla tarkemmin arvioitu, mutta raportissa on silti poh- dittu, mitä oltaisiin voitu tehdä toisin sekä mietitty eri jatkokehitysmahdollisuuksia.

(6)

2 TYÖN TAUSTA

Tässä kappaleessa käsitellään työn tausta. Tarkoituksena on kertoa toimeksian- tajasta, sen käyttämistä työhön liittyvistä tuotantomenetelmistä, opinnäytetyön kohteena olevasta menetelmän osasta ja kyseiselle osalle asetetuista vaatimuk- sista. Lisäksi tässä kappaleessa käsitellään eri aineita lisääviä valmistusmene- telmiä ja niissä käytettäviä materiaaleja eli niin kutsuttuja filamentteja.

2.1 Toimeksiantaja

Tässä kappaleessa on esitelty UPM konsernina. Opinnäytetyö tehtiin Tampereen tuotantolaitokselle, joka kuuluu UPM Raflatac -liiketoiminta alueeseen. Kyseinen tuotantolaitos ja sen toimintatavat ovat esiteltynä tässä kappaleessa.

2.1.1 UPM-Kymmene

UPM-Kymmene Oyj on kansainvälinen bio- ja metsäteollisuusyhtiö. Yhtiön toiminta perustuu siihen, että sen tuotteet jalostetaan uusiutuvista raaka-aineista ja ne ovat kierrätettäviä. UPM:n liiketoimintarakenne koostuu kuudesta liiketoiminta-alueesta, jotka ovat UPM Biorefining, UPM Energy, UPM Raflatac, UPM Specialty Papers, UPM Paper ENA sekä UPM Plywood. UPM työllistää yli 19000 henkilöä ja sen osake noteerataan Helsingin Pörssissä. Tuotantolaitoksia sillä on kolmessatoista eri maassa ja toimintaa 45:ssä eri maassa. Yhtiö syntyi kun, Yh- tyneet Paperitehtaat ja Kymmene Oy yhdistyivät vuonna 1996. (UPM tietoa meistä 2019)

(7)

2.1.2 UPM Raflatac

UPM Raflatac valmistaa paperi- ja filmilaminaattia informaatio- ja tuote-etiketöin- tiin. Sen asiakkaat toimivat tarrapaino- ja pakkausteollisuudessa ympärimaail- man. Loppukäyttöalueita on useita, esimerkiksi lääketeollisuus, erilaiset turvarat- kaisut sekä elintarvike- ja juomateollisuus. UPM Raflatac työllistää noin 3200 henkilöä ja toimintaa sillä on 40 erimaassa. (UPM Raflatac About us 2019)

2.1.3 Raflatac Tampere

Tampereen tuotantolaitos (kuva 1) työllistää noin 350 henkilöä, joista tuotannossa työskentelee noin 200 henkilöä. Tuotannossa työaikamuoto on 36, eli työtä tehdään kolmessa vuorossa kuutena päivänä viikossa. Sunnuntaisin tuotantolaitos on suljettuna. Tuotantolaitoksessa valmistetaan pääsääntöisesti niin sanottuja erikoistuotteita. Nämä tuotteet ovat monesti asiakkaan mukaan räätälöityjä, niiden neliöhinta on korkea ja tilauskoot pieniä bulkkituotteisiin nähden. Erikois- tuotteiden valmistus on keskitetty Tampereen tuotantolaitokseen hyvän erikois- osaamisen vuoksi. Lisäksi erikoistuotteita valmistetaan muun muassa Ranskan Nancyssä sijaitsevassa tuotantolaitoksessa. Tampereella valmistettavien erilaisten tuotteiden määrä on muutama tuhat kappaletta. Tämä on huomattavasti suurempi määrä kuin esimerkiksi Puolan Wroclawissa sijaitsevassa tuotantolaitoksessa, jossa keskitytään ison volyymin tuotteisiin. Tästä syystä sen vuodessa tuottama neliömäärä on monikertainen. (Tekniikka talous 2016)

(8)

KUVA 1. Tampereen tuotantolaitos. (Kuva: UPM 2014)

Tampereen tuotantolaitoksessa on kuusi laminointikonetta, kaksi uudelleenrullainta ja neljä pituusleikkuria. Laminointikoneet ovat CM1, CM4, CM6, CM7, CM9 JA CM10. CM tulee englanninkielen sanoista coating machine ja numerointi tulee hankintajärjestyksestä. CM4 :n rataleveys on 2m eli se valmistaa 2m leveitä tar- ralaminaattirullia. Muiden laminaattoreiden rataleveys on 1m. Uudelleenrullaimia on yksi kummallekin rataleveydelle. Uudelleenrullaimella voidaan poistaa laatu- poikkeamat, mikäli niitä on valmiiseen rullaan tullut sen valmistuksen aikana. Tar- ralaminaattirullia uudelleen rullataan myös, mikäli rullan muodostumisen kanssa on ollut ongelmia eli sen profiili ei ole suora. Kahden metrin rataleveydelle on yksi pituusleikkuri ja loput leikkurit ovat yhden metrin rataleveydelle. Pituusleikkurilla leikataan isot tarralaminaattirullat pienemmiksi rulliksi asiakkaan tarpeiden mukaan. Lisäksi tuotantolaitoksessa on kaksi uudelleenrullainta leikkureilta synty- ville pienille rullille. Niiden toimintaperiaate on sama kuin isojen uudelleenrul- laimien. Näiden lisäksi tuotantoon kuuluvat saapuvan tavaran vastaanotto ja lii- makeittiö, jossa valmistetaan laminointiprosessissa tarvittavat liimat, silikonit ja lakat. Tuotannon jälkikäsittelyyn kuuluvat uudelleenrullaimet, pituusleikkurit,

(9)

kaksi pakkauslinjastoa ja lähettämö. Laminointiin tulevat raaka-ainerullat ja laminoinnista valmistuneet rullat säilötään automaattivarastossa, josta niitä tilataan koneille tarpeiden mukaan.

Tuotantolaitoksen layout on suunniteltu mahdollisimman virtaviivaiseksi. Pääpe- riaate on, että tuotannossa käytettävät raaka-aineet tuodaan sisään laitoksen toi- sesta päästä ja valmiit tuotteet lähetetään asiakkaille vastakkaisesta päästä. Ris- tikkäisiä materiaalivirtoja on pyritty vähentämään sijoittamalla tuotannon peräk- käiset prosessit fyysisesti peräkkäin. Tämä tarkoittaa sitä, että raaka-aineet ote- taan vastaan, eteläpäädyssä sijaitsevassa saapuvan tavaran vastaanotossa.

Siellä kuormat puretaan raaka-ainevarastoihin. Logistiikkaoperaattori syöttää la- minoinnissa tarvittavat raaka-aineet automaattivarastoon, josta ne sitten tilataan laminaattoreille. Laminointikoneelta valmistuvat tarralaminaattirullat syötetään ta- kaisin automaattivarastoon. Sieltä ne tilataan jälkikäsittelyyn eli joko uudelleen- rullatavaksi, leikkureille leikattavaksi tai jumborullien pakkauslinjastolle. Tämä tehdään, jos lähetetään rullia leikattavaksi Raflatac:n omiin terminaaleihin. Leik- kurilla tarralaminaatti leikataan asiakkaan toiveiden mukaisesti. Leikkurilta pienet rullat menevät pakkauslinjastolle. Pakkauksen jälkeen, pohjoispäädyssä sijaitse- van lähettämön logistiikkaoperaattori siirtää lavan lähettämöön odottamaan las- tausta. Kaikki rullaliikenne prosessien välillä tapahtuu erilaisin siirtovaunuin tai kuljettimin. Tällöin rullaliikenteeseen ei tarvitse sitouttaa montaa työntekijää ja se myös vähentämää rullien vaurioitumista siirtojen aikana verrattuna trukeilla teh- tyihin siirtoihin.

Tuotannon lisäksi tuotantolaitoksessa on tuotekehitysosasto sekä tuotannon mahdollistavia osastoja kuten myynti, tuotannonsuunnittelu, hankinta ja kunnos- sapito. Työturvallisuus on koko konsernissa tärkein asia, joten siitä ja sen kehit- tämisestä vastaa jokainen työntekijä.

(10)

2.2 Tarralaminaatti ja sen valmistus

Tässä kappaleessa käsitellään tarralaminaattia ja sen valmistusta. Kappaleessa on myös lueteltu eri käyttökohteita. Lisäksi kappaleessa kerrotaan työhön liitty- västä liima-asemasta ja sen päätypadosta

2.2.1 Tarralaminaatti

Tarroilla eli tarralaminaateilla on lukemattomia eri käyttökohteita. Pääsääntöisesti käyttökohteena ovat erilaiset etiketit tai tuotetietotarrat. Esimerkiksi pakkauksien painatus on korvattu monissa tapauksissa painetulla tarralla. Se on myös vienyt markkinoita pulloihin liimattavilta etiketeiltä. Tarra on korvannut suoran painatuk- sen vaikeisiin kohteisiin, kuten esimerkiksi pesuainepuollot, joihin on ruvettu lii- maamaan etikettejä painon sijaan. Lisäksi nykyään esimerkiksi monet pienpa- nimot käyttävät omissa tölkeissään suorapainatuksen sijasta kuvan 2 mukaisia painettuja etikettejä, jotka liimataan pohjaväriltään valkoiseen tölkkiin. (Karhu- keto, Seppälä, Törn & Viluksela 2004, 78.)

KUVA 2. Olut tölkki, jossa etiketti (Kuva: pyynikin panimo 2019)

(11)

Tarralaminaatti (kuva 3) koostuu taustapaperista tai -muovista (4), jonka pinta on yleensä silikonoitu. Tätä silikoni kerrosta kutsutaan irrokekerrokseksi (3). Tarra- liima (2) levitetään silikonin päälle. Päällimmäisenä on pintamateriaali (4), joka laminoidaan yhteen taustan kanssa. (Karhuketo, Seppälä, Törn & Viluksela 2004, 79.)

KUVA 3. Tarralaminaatin rakenne (Kuva: UPM Raflatac intra 2004)

Tarralaminaatin pintamateriaali voi olla paperin lisäksi montaa eri muuta materiaalia, Paperi on kuitenkin vielä yleisin materiaali. Erilaisten muovien suosio on kasvanut ja kasvaa nopeammin kuin papereiden. Pintapaperit jaetaan kuuteen eri ryhmään päällysteen perusteella. Ryhmät ovat:

1. Päällystämättömät. Näitä käytetään lähinnä laser-, mustesuihku-, ja läm- pösiirtotulostukseen.

2. Kiiltävät päällystetyt. Näitä käytetään monivärietiketteihin

(12)

3. Mattapäällystetyt. Käytetään lähinnä korkean tason lämpösiirtotulostuk- seen.

4. Thermal-paperit. Käytetään suoraan lämpötulostukseen. Esimerkiksi kauppojen vaaoissa, jossa ei käytetä mustetta vaan printti tehdään läm- mön avulla.

5. Ohuet päällystetyt. Esimerkiksi lääketeollisuuden pienten pullojen etike- töintiin

6. Värilliset ja muut erikoispaperit

Muovikalvot eli niin sanotut filmit ovat yleensä polyolefiineja, joka on yleisnimitys polyeteenille (PE) ja polypropeenille (PP). Näiden paksuus vaihtelee 50 - 100 mikronin välillä. Polyeteenin etuna on sen pehmeys, jolloin se soveltuu pehmeiden pullojen ja pakkausten etiketöintiin. Polypropeeni on jonkin verran jäykempi, ja se sopii kovempien pullojen ja pakkausten etiketöintiin. Muovikalvot ovat yleensä valkoisia tai kirkkaita. Poikkeuksia kuitenkin on. Muovifilmien alhainen pintaenergia vaikuttaa haitallisesti painovärien ja liiman kiinnittymiseen. Tästä johtuen muovit tulee koronoida. Joissain tapauksissa käytetään myös painolak- kaa, kuten esimerkiksi polypropeenin kanssa. Jo mainittujen muovien lisäksi voidaan käyttää pieniä määriä muita muovikalvoja. Esimerkiksi polyesteriä (PET) käytetään kohteissa, joissa vaaditaan hyvää lämmön- ja kemikaalinkestokykyä.

Tästä syystä se on myös hyvä taustamateriaali. Ohuiden muovien ansiosta pys- tytään valmistamaan ohuempia ja kevyempiä tarralaminaatteja. Muita pintamate- riaaleja on useita, kuten esimerkiksi alumiinifolio, metalloitu kalvo, hologrammit ja niin edelleen. (Karhuketo, Seppälä, Törn & Viluksela 2004, 79, 194 ja 195.)

Tarraliima valitaan käyttökohteen ja sen käyttöympäristössä vallitsevien olosuh- teiden mukaan. Niiden skaala on hyvin laaja helposti irrotettavista hyvin kiinni

(13)

pysyviin ja aina lopullisesti pysyviksi tarkoitettuihin asti. Helposti irrotettavia liimoja käytetään esimerkiksi suoraan hedelmän kuoreen liimattavissa brändistä viestivissä tarroissa. Toinen ääripää on esimerkiksi erilaisten työkalujen infor- maatiolaatta, jonka on tarkoitus pysyä koneen kyljessä sen koko elinkaaren ajan.

(Karhuketo, Seppälä, Törn & Viluksela 2004, 79 ja 196.)

Taustamateriaalin tehtävä on suojata tarralaminaatin liimapintaa. Taustamateri- aali hävitetään, kun etiketti on aplikoitu tuotteen kylkeen. Yleisimpiä taustamate- riaaleja ovat erilaiset paperit, jotka ovat valmistettu tätä tehtävää varten. Nykyään erikoistuotteissa taustamateriaaleina voidaan käyttää myös ohuita muovikalvoja.

Muoviset taustamateriaalit ovat pääsääntöisesti polyesteriä (PET). Se soveltuu taustamateriaaliksi hyvän lämmön- ja kemikaalienkestokykynsä ansiosta, joille se päällystysprosessissa se altistuu. (Karhuketo, Seppälä, Törn & Viluksela 2004, 78 ja 196.)

Taustan päälle sivellään ohut silikonikerros, joka muodostaa irrokekerroksen.

Tämä mahdollistaa etiketin irtoamisen irrokepinnasta etiketöintivaiheessa. Siliko- nin tehtävä ei kuitenkaan ole kumota kaikkea adheesiota liimapinnan ja taustan välillä, sillä laminaatin on pysyttävä kasassa. (Karhuketo, Seppälä, Törn & Viluk- sela 2004, 196.)

Raflatacilla käytetään liuotinvapaita silikoneja taustamateriaalin irrokepäällys- teinä. Silikoniseos koostuu viidestä komponentista, joita ovat:

 peruspolymeeri

 katalyytti

 inhibiitti

 verkkouttaja

 säätöaine

Verkkouttajan ansiosta peruspolymeeri verkkoutuu taustamateriaalin pintaan. In- hibiitin tehtävänä on estää ennenaikainen verkkoutuminen. Katalyytti kiihdyttää verkkoutumisreaktiota inhibiitin haihduttua. Taustamateriaalin irtivetoarvoon eli

(14)

releasearvoon vaikuttaa suuresti verkkoutumisaste. Verkkoutumisen tiheyttä pystytään säätämään siihen tarkoitetulla säätöaineella.

2.2.2 Tarralaminaatin valmistus

Yleensä kun puhutaan tarralaminaatin valmistuksesta, puhutaan laminoinnista.

Se on kuitenkin vain yksikköprosessi koko valmistusprosessissa. Laminointipro- sessissa yhdistetään kaksi tai useampi rataa toisiinsa telojen avulla. Tarralami- naatin valmistuksessa pinnan ja taustan väliin tuodaan kerrokset silikonia ja liima.

Tätä kutsutaan päällystämiseksi. Päällystyksellä tarkoitetaan prosessia, jossa ra- tamaisen materiaalin esimerkiksi paperin päälle tuodaan ja saadaan tarttumaan jokin nestemäinen tai sula materiaali, esimerkiksi liima. Tarraliima päällystetään yleensä taustamateriaalin päälle, koska taustamateriaali kestää liiman kuivauk- sen pintamateriaalia paremmin. (Karhuketo, Seppälä, Törn & Viluksela 2004, 25 ja 197.)

KUVA 4. Laminointikoneen periaatekuva (Kuva: UPM Raflatac intra knowtac 2004)

Laminointikoneen periaatekuvassa (kuva 4) toisessa päässä on taustamateriaalin aukirullain ja toisessa päässä pintamateriaalin aukirullain. Valmiin laminaatin kiinnirullaus tapahtuu nipin jälkeen koneen keskivaiheilla. Aukirullaimelta tausta-

(15)

materiaali matkaa silikoniasemalle, jossa siihen sivellään gramma silikonia ne- liömetriä kohden. Tämän jälkeen silikoni ristisilloitetaan lämmön avulla kuivaus- tunnelissa. Seuraavaksi tausta etenee jäähdytyksen kautta taustapainoon, jossa taustaan voidaan painaa esimerkiksi yrityksen logo. Tämän jälkeen taustan päälle sivellään liima liima-asemassa. Seuraavassa osaprosessissa liimapin- nasta haihdutetaan kaikki vesi pois siihen tarkoitetussa kuivatuskanavassa. Tä- män jälkeen taustamateriaali kostutetaan sen kuivuttua prosessin aikana. Kostu- tuksesta taustarata etenee laminointinipille. Pintamateriaali lähtee pintapään aukirullaimelta kohti laminointi nippiä. Jos kyseessä on muovipinta, se tulee koronoida ennen laminointia liiman ankkuroitumisen varmistamiseksi. Lisäksi pinta voidaan primeroida, eli lakata. Lakka toimii joko sulkukerroksena estämään tiet- tyjen liiman komponenttien tunkeutumista pintamateriaalin sisään tai ankkuroin- tikerroksena varmistamaan liimojen ankkuroituminen. Primer tarvitsee myös kui- vata. Laminointinipillä tausta ja pinta yhdistetään eli laminoidaan yhteen kahden telan välissä. Kiinnirullain kelaa valmiin tarralaminaatin rullalle. (Raflatac intra knowtac 2004.)

Aukirullaimen (kuva 5) tehtävänä on purkaa jalostettava rulla hallitusti. tämä tarkoittaa sitä, että se keskittää radan oikealle kohdalle ja ylläpitää tasaista ratajän- nitystä rullan halkaisijan pienenemisestä ja kehänopeuden kasvusta huolimatta.

Aukirullain ylläpitää ratakireyttä mekaanisilla jarruilla. Lisäksi se mahdollistaa rul- lanvaihdon konetta pysäyttämättä, mahdollisesti jopa täydestä vauhdista. Tarra- laminaatin valmistuksessa aukirullaimia tarvitaan vähintään kaksi pintamateriaa- lille ja taustamateriaalille. (Raflatac intra knowtac 2004.)

(16)

KUVA 5. Aukirullauspukki (Kuva: Kemiallinen metsäteollisuus 2004)

Taustaradan silikonointi tapahtuu siihen tarkoitetulla silikoniasemalla. Silikonointi tehdään ennen liiman sivelyä ja laminointia. Silikoniasemalle silikonin katalyytti, inhibiitti ja peruspolymeeri tulevat valmiiksi sekoitettuna. Juuri ennen sivelyä siihen sekoitetaan verkkouttaja sekä säätöaine. Kuvan 6 mukaisella monitela-ase- malla kovien ja pehmeiden telojen väliset nipit, puristus ja nopeus erot niiden vä- lillä saa aikaan lopulta tasaisen ja ohuen silikonikerroksen siirtymisen rataan. Si- likonia levitetään taustan päälle noin 0,7-1,5 g/m². Silikonin määrää pystytään säätämään kahdella eri tavalla. Karkea säätö tapahtuu annostelutelojen välistä rakoa muuttamalla. Silikonin määrää voidaan hienosäätää muuttamalla annostelutelojen pyörimisnopeutta. (Raflatac intra knowtac 2004.)

(17)

KUVA 6. Käytöstä poistetun CM3:n silikoniaseman periaatekuva (Kuva: UPM Raflatac intra knowtac 2004)

Raflatac:lla käytetään kuumasula- eli hotmelt- sekä dispersio liimoja. Kuumasu- laliima kuumennetaan noin 120-160 asteen lämpötilaan, jossa se muuttuu juok- sevaksi. Tämän jälkeen se sivellään rataan siihen tarkoitetussa liima-asemassa.

Jäähtyessään kuumasulaliima tarttuu rataan ja muodostaa liimapinnan. Disper- sioliimoja on liotinpohjaisia ja vesipohjaisia. Raflatac:lla dispersioliimat ovat vesipohjaisia. Liimapinta muodostuu, kun liiman seassa oleva vesi haihdutetaan pois.

Raflatc:lla on käytössään kolme eri menetelmää dispersioliimojen sivelyyn. Näitä ovat curtain coating-, gravure- ja reverse roll- menetelmä. Tämä työ liittyi curtain coating- eli verhopäällystys menetelmään (kuva 7).

(18)

KUVA 7. Verholiima-asema (Kuva: UPM Raflatac intra knowtac 2004)

Menetelmä eroaa muista menetelmistä siten, että telasivelyn sijaan liima levite- tään taustaradalle suuttimen tai huulen läpi, joka on useita senttejä radan yläpuo- lella. Liimakerroksen paksuutta voidaan säätää muuttamalla huulen rakoa tai ra- tanopeutta. Suuttimen sisällä on pieni henkarin muotoinen kanava liimalle. Tä- män ansiosta liima levittyy koko radan leveydelle. Suuttimen sisällä ei ole ylipai- netta, vaan liimaverho virtaa painovoiman avulla. Kyseisen menetelmän edut verrattuna muihin menetelmiin ovat:

 Tasaisempi liimaprofiili koko radan leveydellä

 Suurempi ratanopeus

 Parempi ja tasaisempi laatu

 Liima ei kierrä järjestelmässä

 Huoltoon ja ylläpitoon liittyvät kustannukset ovat pienempiä

(19)

Menetelmän haittapuoliksi lasketaan ratanopeuden minimipakko. Tämän takia käytettävien materiaalien määrä on pienempi kuin toisilla menetelmillä. Menetel- män optimi ratanopeus on noin 500 m/min eivätkä kaikki materiaalit kestä sellaisia nopeuksia. Noin suuret ratanopeudet asettava myös kovat vaatimukset kui- vatustunneleille. Näiden lisäksi menetelmä vaatii liimalta tiettyjä ominaisuuksia:

 Pieni pintajännitys

 hyvä suodatettavuus

Lisäksi liimassa ei saa esiintyä ilmakuplia, sillä ne tekevät liimapintaan reikä.

(Raflatac intra knowtac 2004.)

Ennen pinnan ja taustan yhteen laminointia pitää taustarataan levitetystä disper- sioliimasta kuivattaa kaikki vesi pois. Kuivaus tapahtuu siihen tarkoitetussa kuivatuskanavassa, kuten puhalluskuivuri (kuva 8). Sen kuivatus periaatteena on puhaltaa kuuma ilma erittäin suurella nopeudella rataan. Kuivuri on yleensä jaettu noin 2-4 metriä pitkiksi ja radan levyisiksi ryhmiksi, jossa suuttimet ovat asetel- tuna kuvan x mukaiseen kaarevaan muotoon. Tällä tavalla rata saadaan jännitet- tyä monien vastatelojen varaan, joiden suurella määrällä pyritään estämään radan lepatus. (Karhuketo, Seppälä, Törn & Viluksela 2004, 45.)

KUVA 8. Puhalluskuivurin periaatekuva (Kuva: Kemiallinen metsäteollisuus 2004)

(20)

Leijukuivurin periaate on sama kuin puhalluskuivurin, mutta kyseisessä menetel- mässä ei käytetä vastateloja vaan siinä hyödynnetään Bernoullin lakia. Tämä tapahtuu siten, että suuttimista puhallettu ilma virtaa nopeasti suulakkeen vieressä olevaa radan suuntaista pintaa pitkin, jolloin syntyy rataa kannatteleva imuvaiku- tus. (Karhuketo, Seppälä, Törn & Viluksela 2004,45.)

2.2.3 Pilotti

Tässä työssä pilotiksi valittiin päätypadon kehittäminen ja sen tulostus. Päätypa- don tärkein tehtävä on pitää liimaverhon reuna suorana ja ehjänä. Ilman pääty- patoja liimaverho lähtisi kuroutumaan sen pintajännityksen vuoksi. Verhon pysy- mistä päätypadossa kiinni edesautetaan valuttamalla padon urassa vettä. Veden virtausnopeus on hieman suurempi kuin verhon ja tällä pyritään saamaan verhon virtaus mahdollisimman laminaariseksi. Mikäli verhon virtausnopeus vaihtelee sen eri kohdissa, se havaitaan heti valmiissa tuotteessa niin sanottuna pantana.

Tämä tarkoittaa sitä, että rullan liimapinnassa on profiiliheittoa ja se näkyy sel- keänä kohoumana rullan pinnassa. Molempien päätyjen alareunoissa on imu, joka on tarkoitettu vedelle. Samalla imu poistaa ylimääräisen liiman verhon reu- nasta. Vesi sekoittuu liiman kanssa tehden siitä liian juoksevaa ja tällöin sitä ei pystytä uudelleen käyttämään, jolloin siitä tulee jätettä. Opinnäytetyön ajatuksena on, että vedestä päästäisiin eroon tai sen määrää pystyttäisiin merkittävästi vä- hentämään, jolloin liiman voisi käyttää uudelleen. (Raflatac intra knowtac 2004.)

(21)

2.3 3D-tulostus

3D-tulostus on materiaalia lisäävä valmistusmenetelmä. Toiselta nimeltään sitä kutsutaan AM-tekniikaksi. AM tulee englanninkielen sanoista additive manufacturing ja tarkoittaa lisäävää valmistusta. Lisäävä valmistusmenetelmä sopii parhaiten, kun on tarve valmistaa joko pienen volyymin omaavia monimutkaisia kappaleita, joita ei pystytä valmistamaan muovaavilla- tai materiaalia poistavilla val- mistusmenetelmillä tai kun vaaditaan kertaluontoista ja nopeaa mallintamista.

Tällaisia ovat esimerkiksi erilaiset pienoismallit tai tuotteiden prototyypit. (Garret, Redwood & Schöffer 2017, 7.)

3D-tulostuksen perusperiaatteena on jakaa tulostettava kappale kerroksiin ja tulostaa kappale yksi kerros kerrallaan. Tämän ansiosta voidaan valmistaa sellaisia muotoja omaavia kappaleita, joita ei pystytä muilla menetelmillä valmistamaan.

Se onkin lisäävän valmistusmenetelmän yksi suurimmista vahvuuksista verrattuna muihin menetelmiin. (Garret, Redwood & Schöffer 2017, 9.)

Tulostusprosessi aloitetaan suunnittelemalla digitaalinen malli halutusta kappaleesta. Yleisin tapa tehdä malli on piirtää se CAD-mallinnus ohjelmalla. Toinen tapa on luoda malli jo olemassa olevasta kappaleesta 3D-skannerin avulla. Suun- nittelu vaiheessa valitaan myös tulostustekniikka ja materiaali. Ne valikoituvat sen perusteella, mitkä tekniikat ovat käytettävissä ja mitä vaatimuksia tulosteelle on asetettu. Suunnitteluvaiheessa on myös huomioitava erilaisia rajoitteita mitä esimerkiksi valittu tulostustekniikka asettaa. Seuraava vaihe on muuttaa malli sel- laiseen muotoon, jota tulostin pystyy lukemaan. Tämä tapahtuu muuttamalla mallin tiedostomuoto esimerkiksi STL-tiedostoksi. STL tulee englannin kielen ter- mistä stereolithography. Se käyttää erilaisia kolmioita kuvaamaan kappaleen pinnan muotoja ja tällä tavalla yksinkertaistaa monimutkaisen CAD-mallin. Monet CAD-mallinnusohjelmat pystyvät muuttamaan mallin STL-muotoon. Seuraavaksi kyseinen tiedostomuoto tuodaan tulostimen viipalointiohjelmaan. Ohjelmassa an- netaan tulostukseen halutut raja-arvot kuten, täyttöaste, täytön profiili ja seinämä vahvuudet. Lisäksi ohjelma ehdottaa mahdollisia tukirakenteita sellaisiin paikkoi- hin, johon jouduttaisiin tulostamaan tyhjänpäälle. Ohjelma viipaloi tulostettavan kappaleen kerroksiin ja luo tulostimelle liikeradat G-koodina. G-koodi on numee- rinen ohjelmointikieli, jota käytetään paljon lastuavissa valmistusmenetelmissä.

(22)

Esimerkiksi CNC-työstökeskuksia ohjataan G-koodilla. Ohjelmat ovat monesti laitevalmistajan omia, mutta on olemassa myös universaaleja ohjelmia kuten Simp- lify3D. Seuraavaksi tiedosto siirretään tulostimelle. Tulostustekniikasta riippuen, saatetaan tarvita esivalmisteluja ennen tulostusta. Esimerkiksi kappaleen kiinnit- tymistä alustaan saatetaan varmentaa siihen tarkoitetulla aineella tai mahdollisesti paperiliimalla. Tulostuksen jälkeen kappale irrotetaan tulostusalustasta ja se jälkikäsitellään. Jälkikäsittelyyn kuuluu esimerkiksi tukirakenteiden poisto ja viimeistely. (Garret, Redwood & Schöffer 2017, 10.)

2.3.1 Tulostus tekniikat

2.3.1.1 Material extrusion

Material extrusion eli materiaalin pursotustekniikan (kuva 9) toimintaperiaatteena on, että kiinteässä muodossa kelalla oleva termoplastinen materiaali pursotetaan kuumennetun suuttimen läpi, jossa se saavuttaa sulan muodon. Tulostin pursot- taa materiaalin tulostusalustalle ennalta määritellyn liikeradan mukaan. Suurim- massa osassa laiteitta suutin liikkuu xy-koordinaatistossa ja tulostusalusta liikkuu z-akselilla. Tämä tarkoittaa sitä, että suutin piirtää yhden kerroksen kappaletta, jonka jälkeen alusta liikkuu alaspäin yhden kerroksen verran, tämän jälkeen suutin piirtää seuraavan kerroksen ja niin edelleen. Tulostusalustalla tulostusmateri- aali jäähtyy ja kovettuu hallitusti alustan lämmityksen avulla. (3D-tulostustekniikat 2015; Garret, Redwood & Schöffer 2017, 28.)

(23)

KUVA 9. Materiaalin pursotustekniikan periaatekuva (Kuva: 3D-tulostustekniikat 2015)

Tämän tekniikan laitteet ovat yleensä niin sanottuja desktop-mallisia. Eli ne ovat kooltaan pieniä ja ne voidaan sijoittaa esimerkiksi toimistoihin tai vaikkapa kirjas- toihin. On toki olemassa myös teollisuus käyttöön tarkoitettuja laitteita, joiden tulostusalue on huomattavasti suurempi. Pienen koon ja yksinkertaisten komponenttien ansiosta laitteet ovat halpoja ja niitä voidaan hankkia esimerkiksi koti- käyttöön. Tämän voi laskea menetelmän suurimmaksi eduksi. Muita etuja ovat kattava materiaalivalikoima sekä se, että laitevalmistajia on useita, kuten esimerkiksi Ultimaker tai suomalainen Prenta (kuva 10). Lisäksi eduksi voidaan laskea se, että yleisimmät materiaalit kuten PLA ja ABS ovat helppoja tulostettavia.

(24)

KUVA 10. Suomalaisen laitevalmistajan Prenta:n tulostin (Kuva: Prenta.fi 2019)

Suurimpana haittapuolena on kerroksellisuus (kuva 11). Tämä vaikuttaa visuaa- lisesti pinnanlaatuun ja lisäksi kappaleen lujuusominaisuudet vaihtelevat eikä kerrokset ole välttämättä tiiviitä. Näiden syiden takia suunnittelijan on tarkkaan mietittävä tulostusasento. Sillä pystytään vaikuttamaan kappaleen kestävyyteen ja siksi on tärkeä tietää mitä kuormituksia kappaleeseen kohdistuu. (Garret, Red- wood & Schöffer 2017, 38.)

KUVA 11. Tulosteen kerroksellisuus (Kuva: 3D-Hubs 2017)

(25)

Tälle tekniikalle on ominaista, että umpinaisen tulosteen sijaan käytetään täyttö- astetta. Tämä tarkoittaa sitä, että kappaleen sisään määritellään esimerkiksi verkkomainen rakenne ja täyttöasteella määritellään verkontiheys tai silmäkoko.

Täyttöaste määräytyy kappaleen käyttötarkoitusten ja siihen kohdistuvien kuor- mitusten mukaan. Tällä saadaan säästettyä huomattavasti tulostusmateriaalia sekä tulostukseen käytettävää aikaa. (Garret, Redwood & Schöffer 2017, 32.)

2.3.1.2 Vat Polymerization

Vat polymerization eli nesteen fotopolymerisointi on tekniikka, jossa nestemäinen hartsi kovetetaan esimerkiksi laserin avulla. Laitevalmistajat ovat kehittäneet tekniikalle kaksi eri menetelmää, jotka ovat SLA eli streolithography (kuva 12) ja DLP eli direct light processing kuva 13. Menetelmän perusperiaatteena on, että kappale rakentuu kerroskerrokselta tulostusalustalle siten, että hartsia kovetetaan altaassa yhden kerroksen verran, jonka jälkeen alusta liikkuu yhden kerroksen paksuuden verran ja laite aloittaa uuden kerroksen valmistamisen. Menetelmät eroavat toisistaan siten, että SLA:ssa peilillä ohjattu laser kovettaa hartsia aina vain yhden piirteen kerrallaan, kun taas DLP:ssä projektori kovettaa koko kerroksen yhdellä kerralla. (3D-tulostustekniikat 2015; Garret, Redwood & Schöffer 2017, 54.)

KUVA 12. SLA periaatekuva (Kuva: 3D-Hubs 2017)

(26)

KUVA 13. DLP:n periaatekuva (Kuva: Think3d 2019)

Periaatekuvissa laitteen rakenne on niin sanottu bottom-up (kuva 14) eli valon lähde sijaitsee hartsia sisältävän altaan alla ja tulostusalusta liikkuu ylöspäin. Sa- malla kappale muodostuu alustan alapintaan. Bottom-up laitteiden hyvä puoli on se, että hartsia on helpompi kontrolloida eikä altaan tarvitse olla niin suuri. Heik- koutena voidaan pitää, sitä että kun hartsi kovetetaan, se tarttuu altaan pohjalla olevaan linssiin kiinni ja täten se pitää irrottaa linssistä joka kerroksen jälkeen.

Tämä taas voi aiheuttaa tulosteen rikkoutumisen. On olemassa myös top-down laitteita, joissa valonlähde on altaan yläpuolella ja tulostusalusta uppoaa tulostuksen aikana syvemmälle altaaseen. Näiden laitteiden hyvä puoli on se, että kappale tarttuu ainoastaan tulostusalustaan. Huonona puolena voidaan pitää hartsin pinnan kontrollointia sekä suuremman hartsialtaan tarvetta. (Garret, Red- wood & Schöffer 2017, 54.)

(27)

KUVA 14. Bottom up -tulostin (Kuva: Design engineering 2015)

Fotopolymerointi -tekniikan suurimmat edut muihin tulostustekniikoihin nähden ovat erittäin hyvä pinnanlaatu ja korkea mittatarkkuus. Nämä ovat myös syitä sille miksi, kyseistä tekniikkaa käytetään paljon visuaalisten prototyyppien valmistuksessa. Desktop laitteiden mitta tarkkuus on noin 100 - 250 mikronia ja teollisuus- käyttöön tarkoitettujen laitteiden tarkkuus on noin 10 - 30 mikronia. Siksi se sopii parhaiten, kun halutaan tulostaa yksityiskohtaisia, pinnanlaadultaan hyviä ja tie- tyn toleranssin mukaisia kappaleita. Sellaisia tulostuskohteita löytyy esimerkiksi koruista tai hammaslääketieteenalalta. Kyseisen tulostustekniikan suurimmat ra- joitteet johtuvat fotopolymeerien hauraudesta. Myös materiaalin iskulujuus on heikompi verrattuna esimerkiksi ruiskuvalutuotteisiin. Tämän vuoksi sillä ei suo- sitella valmistettavan toiminnallisia kappaleita. Lisäksi kappaleilla on yleensä ra- joitettu käyttöikä, sillä ne menettävät mekaanisia ominaisuuksiaan ajan myötä, esimerkiksi mikäli ne altistuvat auringon UV-valolle. Kappaleiden käyttöikää voidaan jatkaa erilaisilla pinnoitteilla, mutta määrätyn käyttöiän takia tekniikkaa ei olla otettu käyttöön toiminnallisia kappaleita valmistettaessa. (Garret, Redwood

& Schöffer 2017, 66.)

(28)

Yksi VAT fotopolymerisointi -tekniikan hyvistä puolista on laitteiston helppo skaa- lattavuus. Tämä tarkoittaa laitteen valmistuksessa sitä, että mikäli halutaan kas- vattaa tulostusaluetta, onnistuu se helposti eikä sille esiinny suuria rajoitteita tai haasteita. Tästä syystä johtuen, teollisuuskäyttöön tarkoitettujen laitteiden koko vaihtelee suuresti ja laitteet voivatkin olla hyvin suuria. Jotkut suurimmista tulos- timista ovatkin SLA-tekniikan laitteita. Suurimmat laitteet ovat yleensä top-down laitteita, koska kappaleen koon kasvaessa bottom up laitteiden irrotusvoiman tarve kasvaa suuresti. (Garret, Redwood & Schöffer 2017, 66.)

2.3.1.3 Powder Bed Fusion

Powder bed fusion eli jauhepetitekniikassa jauhe sintrataan/sulatetaan kerroksit- tain, joko laserin avulla tai elektronisuihkulla. Tekniikan eri menetelmillä voidaan tulostaa niin metalleja kuin polymeerejä. Tekniikan perusperiaatteena on (kuva 15), että tulostusalustan päälle levitetään ohut noin 0,1 mm:n kerros jauhetta, jonka jälkeen esimerkiksi laser sulattaan tulostettavan kappaleen yhden kerroksen piirteet. Tämän jälkeen tulostus alusta siirtyy yhden kerroksen paksuuden verran alaspäin ja tulostin levittää uuden kerroksen jauhetta. (3D-tulostustekniikat 2015; Garret, Redwood & Schöffer 2017, 74.)

KUVA 15. SLS menetelmän periaatekuva (Kuva: Think3d 2019)

(29)

Tekniikan yksi menetelmistä on selective laser sintering eli SLS. Menetelmää käytetään polymeerien tulostuksessa. Ennen jauheen levitystä tulostus alustalle jauhe kuumennetaan lämpötilaan, joka on hieman alle sen sulamisteen. Tämä tapahtuu tulostimen sisällä olevassa jauhesäiliössä. Menetelmässä käytetty laser vaatii suojakaasun, joten tulostustilan on oltava tiivis. Sulattamaton jauhe jää alustalle tulostuksen ajaksi tukien samalla tulostetta. Tästä syystä kyseisellä me- netelmällä tulostettaessa ei tarvita tukirakenteita. Tämä on menetelmän yksi suurimmista hyödyistä. Jauheen ansiosta menetelmällä pystytään tulostamaan useampi kappale samaan aikaan, jopa niin, että kappaleet on asemoitu päällekkäin.

Tämän johdosta, menetelmällä voidaan tulostaa pieniä eriä niin sanottua sarja- tuotantoa. Tulostuksen aikana sulattamatta jääneestä jauheesta noin 50 prosent- tia on uudelleen käytettävissä. Menetelmä on herkkä kutistumiselle ja käpertymi- selle, johtuen kerrosten eriaikaisesta jäähtymisestä. Tästä voi aiheuta esimerkiksi törmäys jauhetta levittävään telaan. Tähän pystytään kuitenkin vaikuttamaan pie- nentämällä poikkileikkauksen pinta-alaa. Tämä onnistuu esimerkiksi muuttamalla kappaleen tulostuskulmaa. Kutistumista ja vääntelyä estetään lämmittämällä tu- lostustilaa. Tällä pyritään hidastamaan jäähtymistä, joka on tulostuksen yksi tär- keimmistä vaiheista ja se saattaa kestää parhaimmillaan noin puolet koko tulos- tusajasta. SLS – menetelmä sopii parhaiten, kun halutaan tulostaa toiminnallisia ja monimutkaisia kappaleita, jossa vaaditaan hyvää mittatarkkuutta. Menetelmän mittatarkkuus ei kuitenkaan ole samalla tasolla VAT fotopolymerisointi -tekniikan kanssa. Tulosteiden pinnan laatu on hieman karhea ja mattamainen, johtuen materiaalin jauhemaisesta olomuodosta. SLS- menetelmän suurin haittapuoli on, laitteiston koko eli se on tarkoitettu ainoastaan teollisuuskäyttöön. Lisäksi tästä johtuen laitteet ovat hyvin kalliita. Jauhepeti -tekniikalla tulostettaessa suositaan sellaisia materiaaleja, joilla on alhainen lämmönjohtavuus. Tällainen on esimerkiksi SLS-menetelmällä lähes yksinomaan käytetty PA eli polyamidi (kuva 16).

PA:sta tehdyillä kappaleilla on erinomainen pitkäaikais- stabiilisuus sekä hyvä kemikaalin kesto. Yleisin kaupallinen polyamidi on nailon. (3D-tulostustekniikat 2015; Garret, Redwood & Schöffer 2017, 74.)

(30)

KUVA 16. SLS-menetelmällä nailonista valmistettu pidike (Kuva: 3D-Hubs 2017)

Jauhepetitekniikalla tulostetaan myös metallia. Tätä varten on kehitelty joitakin eri menetelmiä riippuen laitevalmistajasta. Näitä ovat DMSL eli direct metal laser sintering, SLM eli selective laser melting kuva x ja EBM ja electron beam melting.

Toiminta periaatteeltaan ne ovat samanlaisia kuin SLS-menetelmä. EBM eroaa SLM:stä ja DMSL:stä siten, että siinä käytetään laserin ja suojakaasun sijasta korkea energistä sädettä ja vakuumia. Näillä menetelmillä tulostettaessa tarvitaan jauheesta huolimatta tukirakenteita, joilla pyritään estämään erilaisia vääris- tymiä. Lisäksi tulostuksen jälkeen tulosteet lämpökäsitellään, jottei tulosteeseen jäisi jännityksiä. Menetelmällä voidaan tulostaa muun muassa alumiinia, ruostu- matonta terästä ja titaania. Näiden lisäksi esimerkiksi erilaisia koruja tulostetaan kullasta, hopeasta, palladiumista ja platinasta. Menetelmien suurin hyöty on se, että sillä pystytään valmistamaan metallista sellaisia muotoja ja rakenteita mitä ei pystytä valmistamaan materiaalia poistavilla menetelmillä. Menetelmien suurimmat haitat ovat laitteiden koko ja hinta (kuva 17). Lisäksi laitteiden koosta huolimatta tulostusalue on pieni. Näitä menetelmiä hyödynnettäessä menetellään yleensä niin, että tulostetaan vain ne piirteet, joita ei pystytä muutoin valmistamaan ja kokoonpannaan tuloste muilla menetelmillä valmistettujen osien kanssa.

(Garret, Redwood & Schöffer 2017, 124.)

(31)

KUVA 17. SLM- menetelmän laitteisto (Kuva: Aeroexpo 2019)

2.3.1.4 Material Jetting

Material jetting eli materiaalin ruiskutus tekniikassa (kuva 18) materiaali ruiskutetaan nestemäisinä pisaroina. UV-valo kovettaa pisarat kerrokseksi ja näin kappale rakentuu kerros kerrokselta niin kuin muissakin menetelmissä.

KUVA 18. Material jetting- tekniikan periaatekuva (Kuva: 3D-tulostustekniikat 2015)

(32)

Prosessin luonteen johdosta on mahdollista tulostaa eri materiaaleja samaan kappaleeseen. Tätä hyödynnetään esimerkiksi menetelmässä vaadittavissa tuki- rakenteissa siten, että tukirakenteen materiaaliksi valitaan jokin helposti pois pes- tävä vaha, jolloin pintaan ei jää jälkiä tukirakenteista. Eri materiaalien samaan aikaan tulostamisen lisäksi myös väriä pystytään vaihtamaan kesken tulostuksen. (Garret, Redwood & Schöffer 2017, 94.)

Kyseistä tekniikkaa pidetään tarkimpana tulostustekniikkana, johtuen siitä, että tekniikassa ei tarvita korkeita lämpötiloja, sillä ainoastaan hartsi pidetään opti- missa lämpötilassa. Tekniikan mittatarkkuus on ± 0,1 mm. Tekniikalla on kolme suurta etua muihin tekniikoihin nähden. Näistä kolmesta yksi on jo mainittu paras mittatarkkuus. Toinen etu on, että tulosteissa ei juuri ole kerroksellisuutta. Kolmas etu on, että tekniikalla pystytään tulostamaan eri materiaaleja ja värejä saman tulostuskerran aikana. Lisäksi tulosteiden pinnanlaatu on hyvä ja verrattavissa ruiskuvalu kappaleisiin. Menetelmän huonoja puolia on, että kappaleet ovat melko hauraita ja soveltuvat näin kehnosti toiminnallisiin tarkoituksiin. Lisäksi tekniikka on yksi kalleimmista tulostustekniikoista, koska tulostusmateriaalien hinnat ovat korkealla. Esimerkiksi tukirakenteet tulostetaan umpinaisena, jolloin materiaalia kuluu muihin tekniikoihin nähden enemmän ja tämä lisää kustannuksia.

KUVA 19. tulostuspää (Kuva: All3DP 2019)

(33)

2.3.1.5 Binder Jetting

Binder jetting eli sidosaineen ruiskutustekniikka (Kuva 20) on monipolinen tulostustekniikka, jossa nestemäinen sidosaine ruiskutetaan jauhepedille niihin koh- tiin, joihin halutaan kappaletta muodostettavan. Tekniikassa kappale rakentuu kerros kerrokselta niin kuin aikaisemmissakin tekniikoissa. Kerrokset sitoutuvat toisiinsa sidosaineen avulla muodostaen yhtenäisen kappaleen. Tekniikka voidaan jakaa kahteen kategoriaan, jotka ovat hiekan- ja metallin tulostaminen. Tek- niikassa levitetään jauhe samalla tavalla kuin jauhepeti tekniikassa, mutta laserin sijaan tulostus pää liikkuu pedin yläpuolella xy-koordinaatistossa ja ruiskuttaa sidosaineen jauheen sekaan. (3D-tulostustekniikat 2015; Garret, Redwood &

Schöffer 2017, 74.)

KUVA 20. Sidosaine ruiskutus -tekniikan periaatekuva (Kuva: 3D-Hubs 2017)

Tulostamalla hiekka (kuva 21) voidaan valmistaa esimerkiksi valumuotteja ja keernoja. Tulosteet sopivat tähän erittäin hyvin, sillä tekniikalla pystytään teke- mään sellaisia muotoja, joita muilla valmistusmenetelmillä ei voida tehdä. Tuloste myös hajoa valun jälkeen, jolloin valun irrottaminen ja puhdistaminen on helppoa.

(34)

KUVA 21. Hiekasta tehty tuloste (Kuva: 3D-Hubs 2017)

Metallin tulostuksessa (kuva 22) käytetään samaa sidosainetta kuin polymeerien tulostuksessa. Tekniikalla pystytään tulostamaan muotoja ja piirteitä mitä esimerkiksi materiaalia poistavilla menetelmillä ei pystytä saavuttamaan. Toiminnalliset kappaleet vaativat kestääkseen jälkikäsittelyn. Ilman jälkikäsittelyä kappaleilla on hyvin huonot mekaaniset ominaisuudet. Jälkikäsittelyjä on kahdenlaisia. Ensim- mäisessä jälkikäsittelyssä käytetään pronssia tunkeutumaan onteloihin kapillaari ilmiön avulla. Vaihtoehtoisessa jälkikäsittelyssä tulostettu kappale sintrataan. Tä- män tekniikan metallitulosteilla on huonommat mekaaniset ominaisuudet kuin jauhepetitekniikalla tulostetuilla metallitulosteilla.

KUVA 22. Metallinen tuloste (Kuva: 3D-Hubs 2017)

(35)

Yksi tekniikan suurimpia etuja on, että prosessissa ei tarvita lämpöä, jolloin tulosteet ovat mittatarkkoja eikä niihin jää jännityksiä. Lisäksi kun lämpöä ei tarvita voidaan tulostaa suurempia kappaleita ja kustannukset ovat pienempiä. Toinen menetelmän suuri etu on, ettei se vaadi tukirakenteita. Tekniikan suurin haitta on tulosteiden mekaanisten ominaisuuksien heikko taso. Suoraan tulostimesta ote- tut tulosteet ovat hyvin herkkiä rikkoutumaan. Jälkikäsittely vaaditaan aina, mikäli kappale tulee toiminnalliseen käyttöön. Lisäksi prosessin luonteesta johtuen kappaleen pinta on raemainen (Garret, Redwood & Schöffer 2017, 114.)

2.3.2 Tekniikan valinta

Tulostustekniikan valintaan vaikuttaa monta eri tekijää. Kuten esimerkiksi käyttö- tarkoitus. Eli onko kappale toiminnallinen vai havainnollistava. Tämä määrittelee sen, vaaditaanko kappaleelta mekaanisia ominaisuuksia vai visuaalisuutta. Mo- nesti tekniikan valinnassa ei ole yhtä selkeää ratkaisua vaan vaihtoehtoja on muutama. Tällaisessa tilanteessa mietitään, että halutaanko halvempi ratkaisu vaiko paremmat ominaisuudet omaava kappale. Näiden lisäksi tekniikan valintaan vaikuttaa pinnanlaadun ja mittatarkkuuden vaatimukset. Myös materiaali voi määritellä tekniikan. Eli jos tiedetään jonkin materiaalin sopivan hyvin tiettyyn käyttötarkoitukseen valitaan sellainen tulostustekniikka, jolla voidaan tulostaa ky- seistä materiaalia. Budjetti näyttelee suurta osaa tekniikan valinnassa, sillä tekniikoiden hintataso vaihtelee suuresti. Lisäksi helposti saatavilla olevat laitteet tulevat monesti halvemmaksi ja nopeammaksi keinoksi. Liittenä oleva vuokaavio (Liite 1) on hyvä työkalu tulostustekniikan määrittämiseen kappaleen toimintape- riaatteen avulla. (Garret, Redwood & Schöffer 2017, 139.)

Liitteenä oleva taulukko (Liite 2) on tarkoitettu tulostustekniikoiden vertailuun toisiinsa nähden. Tekniikat ovat luokiteltuna kappaleen käyttötarkoituksen mukaan eli onko kyseessä toiminnallinen vai havainnollistava tuloste. Esimerkiksi toimin- nalliselle muovitulosteelle suositellaan vertailtavaksi FFF- ja SLS-menetelmiä.

Tässä vertailussa SLS-menetelmällä on ylivertaiset ominaisuudet verrattuna FFF-menetelmään, mutta FFF- menetelmä on huomattavasti halvempi. Tästä huolimatta SLS-menetelmä on ainoa vaihtoehto erittäin monimutkaisille toimin-

(36)

nallisille kappaleille. Kun taas havainnollistaville muovitulosteille suositellaan vertailtavaksi SLA/DLP- ja Material Jetting -tekniikkaa. Tässä vertailussa material jetting -tekniikalla on parempi mittatarkkuus ja pinnanlaatu, mutta se on merkittä- västi kalliimpi menetelmä. Metallin tulostus menetelmiä vertailtaessa toistuu sama kaava kuin aikaisemmissa tapauksissa, eli tekniikka valitaan sen hinnan tai ominaisuuksien vuoksi. (Garret, Redwood & Schöffer 2017, 139.)

(37)

3 TYÖNKULKU

Tässä kappaleessa on kerrottu opinnäytetyön eri vaiheet aihepiirin valinnasta, pilotin valinnasta, työn suunnitelmasta, sen toteutuksesta ja arvioinnista.

3.1 Aihepiiri ja pilotti

Työn aihepiiriksi valikoitui 3D-tulostus. Valinta oli helppoa ja se oli tiedossa jo hyvissä ajoin, sillä 3D-tulostus on erittäin kiinnostava aihe ja sitä ehdotettiin toimeksiantajalle. Aihepiiriä markkinoitiin toimeksiantajalle tulevaisuuden valmistus- menetelmänä, sillä tiedettiin, että heillä on kova halu modernisoida omaa tuotantolaitostaan. Toimeksiantaja piti aihepiiristä ja yhdessä päätettiin tehdä opinnäy- tetyö liittyen 3D-tulostukseen

Pilotilla oli tarkoitus osoittaa toimeksiantajalle AM-tekniikan mahdollisuudet. Vai- keinta tässä vaiheessa oli löytää sopiva tulostuskohde pilottia varten. Tämä johtui siitä, ettei toimeksiantajalla juuri ollut aiempaa kokemusta kyseisestä valmistus- menetelmästä eikä itselläni ollut riittävän tarkkaa tuntemusta toimeksiantajan käyttämistä valmistusprosesseista ja laitteista. Tästä syystä päätettiin, että pide- tään kaksi koulutustilaisuutta, jossa esittelin 3D-tulostusta. Tätä varten valmistel- tiin Powerpoint -esitys ja haettiin koululta tulosteita, jotka oltiin tulostettu eri tulos- tusmenetelmillä. Tilaisuuksien jälkeen pilotiksi löydettiin kaksi eri vaihtoehtoa, joista päätypatojen kehitys oli selkeästi parempi aihe tulostuksen kannalta. Toista vaihtoehtoa mietittiin, mutta sen kohdalla tultiin lopputulokseen, ettei sitä ole jär- kevää tulostaa.

3.2 Suunnitelma

Kun pilotin aiheeksi oltiin valittu päätypatojen kehitys, järjestettiin kokous, johon osallistui tuotantolaitoksen tuotantopäällikkö, kahden eri laminaattorin koneinsi- nöörit ja opinnäytetyön ohjaaja. Kokouksen tarkoituksena oli tehdä suunnitelma, kuinka kehitystyö etenisi sekä käydä ne asiat läpi, miten päätypatoja halutaan kehittää.

(38)

Suunnitelmana oli, että päätypatoja kehitettäisiin siten, että prosessissa tarvitta- vasta vedestä päästäisiin eroon tai, että veden määrää pystyttäisiin merkittävästi vähentämään. Tässä tapauksessa pystyttäisiin verhosta pois imetty ylimääräinen liima käyttämään uudelleen. Suunnitelmana oli kehittää päätypadossa oleva uraa siten, että liimaverho pysyy siinä paremmin kiinni ja, että uraan tuotaisiin veden sijasta liimaa. Lisäksi suunnitelmana oli tuoda limaa yhden kohdan sijasta kol- meen eri kohtaan uraa. Samalla ajatuksena oli kokeilla, pysyykö verho päätypa- dossa paremmin kiinni, mikäli siinä olisi uloke.

Työn kuluksi sovittiin, että tehdään kaksi erilaista mallia. Näiden mallien valmistuttua tehtäisiin valinta näiden kahden välillä. Lisäksi oli tarkoitus kehittää valittua mallia tarpeen mukaan, jotta päätypatojen toimivuus saataisiin varmistettua. Mal- lin valmistuttua sovittiin, että päätän sopivimman tulostusmenetelmän ja suoritan tulostuksen. Tämän jälkeen suunnitelmana oli, että päätypadoille tehdään tarvittavat jatko toimenpiteet ja lopuksi suoritettaisiin koeajot, joiden perusteella arvi- oitaisiin kehitystyön onnistuminen

3.3 Toteutus

Uusien päätypatojen suunnittelu perustui kokouksessa syntyneisiin ideoihin, al- kuperäisten päätypatojen piirustuksiin sekä mallikappaleeseen päätypadosta.

Suunnittelu ja mallintaminen tapahtui Autodesk Inventor -mallinnusohjelmalla.

Mallinnus aloitettiin tekemällä nopea hahmotelma mallinnusohjelmalla niistä ide- oista, mitkä syntyivät kokouksessa. Pääpiirteet ja muotoilu pysyi hahmotelmassa (kuva 23 ja 24) samanlaisena kuin alkuperäisessä eli hyvin yksinkertaisena.

(39)

KUVA 23. Hahmotelma sisäpuolelta

KUVA 24. Hahmotelma ulkopuolelta

(40)

Ensimmäiseen malliin (kuva 25). suunniteltiin alkuperäisiin piirustuksiin verrattuna paljon leveämpi ura sen takia, että liima valuisi paremmin ja uloke olisi mahdollista sijoittaa uraan. Lisäksi uraan tuli kolme liimalle tarkoitettua kanavaa, jotka sijoitettiin tasajaolla uran alusta loppuun. Lisäksi päätypadon alareunassa olevaa imureikää muokattiin, tekemällä siitä letkuun päin aukeava suppilo. Samalla tehtiin imuletkulle 90 asteen kulmassa oleva huuli, johon imuletku olisi helppo kiin- nittää

KUVA 25. Ensimmäinen malli sisäpuolelta

Mallin toiselle puolelle (kuva 26) tehtiin syvennykset liittimille, jotta ne eivät veisi paljoa tilaa. Kappaleeseen tehtiin erilaisia taskuja, jotta kappaleen rakenne keve- nisi sekä tulostusaika että siihen käytetty materiaalin määrä vähenisi. Muuten malli oli samanlainen kuin alkuperäinen, sillä esimerkiksi soikeita kiinnitysreikiä tai niiden paikkaa ei saanut muuttaa. Ensimmäiseen malliin jäi myös virhe. Virhe oli se, että siihen unohdettiin mallintaa reikä, mistä oli tarkoitus ottaa suuttimen sisältä liima ja viedä se liimakanaviin.

(41)

KUVA 26. Ensimmäinen malli ulkopuolelta

Toiseen malliin (kuva 27) lähdettiin keventämään päätypadon rakennetta. Pääty- padon korkeutta pienennettiin viisi millimetriä ja sen ulkopinnasta tehtiin kaareva.

Tällä pyrittiin vähentämään tulostukseen kuluvaa aikaa sekä siihen käytettävää materiaalin määrää. Lisäksi uraa isonnettiin samalla tavalla kuin ensimmäisessä mallissa, mutta uloke jätettiin pois. Tämä sen takia, että jos toimeksiantaja halu- aisi kokeilla alkuperäisessä padossa hyväksi todettua uramallia, mutta kuitenkin niin, että liima tuotaisiin uraan yhden kohdan sijasta kolmesta eri kohtaa. Muita muutoksia kuvan 27 mukaiselle padon sisäpuolelle ei tehty verrattuna ensimmäi- seen malliin.

(42)

KUVA 27. Toinen malli sisäpuolelta

Toisen mallin ulkopuoli (kuva 28) sai kaarevan pinnan. Päätypadon yläpäähän tehtiin ruodot vahvistamaan padon rakennetta sen kiinnityskohtien ympäriltä. Liit- timien paikat nostettiin ylös kappaleen pinnasta, jottei padon rakenne olisi liian heikko. Toisessa mallissa oli sama virhe kuin ensimmäisessä mallissa. Eli liiman ottoreikä unohtui mallintaa ja ylin liiman syöttö kanava oli sen kohdalla.

KUVA 28. Toinen malli ulkopuolelta

(43)

Näiden kahden mallin valmistuttua pidettiin uusi kokous, jossa valittiin soveltuvin malli jatkokehitystä varten. Jatkokehitykseen valittiin ensimmäinen malli, sillä toista mallia pidettiin rakenteeltaan liian heikkona ja esimerkiksi liima-asemaa puhdistaessa se olisi voinut vaurioitua. Samalla käytiin läpi kohdat mitä ensim- mäiseen malliin halutaan parantaa. Lopulliseen malliin (kuva 29) lisättiin kokouksessa huomattu liiman ottoreiän puuttuminen. Tämä siirsi ylintä liiman syöttö- kanavaa hieman alaspäin. Samalla haluttiin lisätä varavaihtoedoksi alkuperäisen mallin vesisyöttö. Soikeat reiät, joista liima syötetään uraan, haluttiin kääntää uran suuntaiseksi. Tällöin syöttökulma ei ole niin jyrkkä.

KUVA 29. Lopullinen malli sisäpuolelta

Lopullisen mallin ulkopuolelle (kuva 30), jouduttiin tekemään muutos liittimien as- tekulmaan, sillä ylimmän liiman syöttökanavan liitin olisi ollut liiman ottoreiän tiellä. Tästä syystä kaikki liittimet käännettiin pystyyn. Samalla rakenteen keven- nyksiä eli esimerkiksi taskuja muotoiltiin uudestaan. Tällä ei haettu kappaleelle muuta kuin visuaalisuutta. Sillä tarkoituksena oli näyttä toimeksiantajalle, minkä- laisia muotoja pystytään tulostamaan.

(44)

KUVA 30. Lopullinen malli ulkopuolelta

Kun lopullinen malli oli valmis, valittiin tulostustekniikka ja -materiaali. Tekniikaksi valikoitui material jetting eli materiaalin ruiskutus. Kyseinen tekniikka valittiin sen takia, että mallissa oli mittatarkkuutta ja hyvää pinnan laatua vaativia muotoja.

Lisäksi tekniikan suurimpana etuna oli poispestävä vahamanainen tukirakenne, jota ilman liiman syöttökanavia ei pystyisi valmistamaan tekemättä muutoksia malliin. Näiden lisäksi yksi suurimmista syistä, miksi tekniikka valittiin, oli se, että kouluta löytyi kyseisen tekniikan laite ja tällöin se oli helposti saatavilla. Päätypa- dot ovat tulosteiksi melko isoja, joten ihan kaikilla tulostimilla niitä ei olisi pystynyt tulostamaan, mutta koulun Stratasys connex3 object 350 laitteessa oli riittävän iso tulostusalue. Myös materiaalin valinta oli helppoa, sillä kyseisellä laitteella pystytään saamaan materiaalille halutut ominaisuudet seostamalla kovaa ja ku- mimaista materiaalia. Seoksen komponentteina toimi VeroBlack ja TangoBlack+.

Nämä materiaalit ovat kehitetty kyseistä tulostustekniikka varten. Työssä käyte- tyn seoksen koodi oli RGD8555-DM. Sen mekaaniset ominaisuudet vertautuvat melko hyvin polyamidiin eli nailoniin. Vetoa tulostuksessa käytetty materiaali ei kestä niin hyvin kuin polyamidi, mutta päätypato ei vedolle altistu. Tulostuksessa käytetyn materiaalin mekaanisia ominaisuuksia voi tarkastella taulukosta 1 ja polyamidin mekaanisia ominaisuuksia voi tarkastella taulukosta 2. Tukimateriaalina

(45)

toimi vahamainen SUP706. Tämän mekaanisilla ominaisuuksilla ei ollut merki- tystä sillä se pestiin pois. Muita materiaaleja ei harkittu, sillä ne oltaisiin jouduttu tilaamaan erikseen ja uuden tankin hinta olisi moninkertaistanut projektin kustannukset.

Taulukko 1. Tulostusmateriaalin mekaaniset ominaisuudet (Taulukko: Stratasys.

2017)

Taulukko 2. Polyamidin mekaaniset ominaisuudet (Taulukko: Fluortech. 2012)

Ennen tulostusta selvisi, että alle 0,6 mm seinämävahvuudet voivat lohjeta jälki- käsittelyn aikana. Tästä syystä malliin jouduttiin tekemään pieniä muutoksia, sillä kuvan 31 mukaisessa urassa oleva uloke mallinnettiin aluksi teräväksi. Ulokkeen kärkeen laitettiin r = 0,3 mm pyöristys, jolla pyrittiin varmistamaan, että tuloste kestää tarvittavat toimenpiteet.

(46)

KUVA 31. Päätypadon ura

Päätypadot tulostettiin kuvan 32 mukaisella Stratasys connex3 object 350 laitteella.

KUVA 32. Työssä käytetty tulostin

Kuvassa 33 päätypadot ovat kiinni tulostusalustassa. Niiden pinta kiiltää vahan takia. Myös tulostus pää näkyy kuvan 33 vasemmassa reunassa.

(47)

KUVA 33. Päätypadot juuri tulostettuna

Tulostuksen jälkeen päätypatojen pinnasta kaavittiin ylimääräinen tukimateriaali pois lastan avulla. Tämän jälkeen kappaleesta poistettiin kaikki tukimateriaali tä- hän tarkoitetun pesurin ja harjan avulla. Pesussa vaha poistetaan käyttämällä paineella suihkutettavaa vettä. Erityisen hankalaa oli poistaa tukimateriaali erilai- sista reistä sekä varsinkin liimakanavista. Pesun aikana piti olla tarkkana, ettei hajota urassa olevaa uloketta. Kuvassa 34 päätypato on pesukaapin sisällä.

Pesu onnistui hyvin ja kappale säilyi ehjänä. Pesun jälkeen, kun vaha on irrotettu pinta ei kiillä enää vaan on hieman mattamainen kuvan 35 mukaan.

(48)

KUVA 34. Kappaleen pesu

KUVA 35. Kappaleet pestynä

(49)

Tämän jälkeen päätypatoihin tehtiin kierteet liittimille ja liittimet kierrettiin paikoil- leen. Tämä piti tehdä varovasti, jottei kierteet kärsisi. Toinen kappale lohkesi hieman, kun liittimiä kiristettiin liikaa. Tämän ei kuitenkaan pitäisi vaikuttaa kappaleen toimivuuteen. Kun liittimet olivat paikoillaan, liitettiin letkut liittimiin ja näin päädyt olivat valmiit koeajoa varten.

3.4 Lopputulos

Työn toiminnallisen osuuden lopputuloksena oli kaksi kuvan 36 mukaista pääty- patoa, jotka ovat toistensa peilikuvia. Kappaleesta on irrotettu letkut kuvan sel- keyttämistä varten.

KUVA 36. Valmis kappale ilman letkuja

Työn tarkempia lopputuloksia ei tässä raportissa ole sillä koeajoja ei pystytty tuotannon kiireiden takia suorittamaan opinnäytetyön puitteissa, joten työn onnistumista ollaan arvioitu muilla keinoin. Koeajot on tarkoitus suorittaa kesän 2019 aikana.

(50)

4 Pohdinta

Pilotin päätavoitteena oli osoittaa toimeksiantajalle AM-tekniikan mahdollisuudet.

Tarkoituksena oli luoda sellainen malli, joka sisältää sellaisia muotoja tai ominaisuuksia, joita ei muilla valmistusmenetelmillä pystytä valmistamaan. Tässä onnistuttiin mielestäni hyvin ja esimerkiksi liiman syöttökanavia ei olisi pystytty valmistamaan muilla keinoin. Suurimmalla osaa kappaleeseen valituista muodoista ei ollut merkitystä sen toiminnan kannalta vaan ne valittiin lähinnä lisäämään kappaleen visuaalisuutta sekä osoittamaan toimeksiantajalle millaisia muotoja on mahdollista tulostaa. Pilotin toissijainen tavoite oli pystyä kehittämään päätypa- toja niin, että päästäisiin eroon prosessissa sivutuotteena syntyvästä vesi-liimaseoksesta. Tältä osin kehitystyön onnistumista ei pystytä arvioimaan, sillä pääty- patojen toimivuutta ei saatu testattua johtuen tuotannon kiireistä. Jatkokehitystä varten mallia voisi muuttaa siten, että liittimien paikoille mallinnettaisiin paikat muttereille, jotka laitettaisiin tulosteen sisälle kesken tulostuksen. Tällä pystyttäi- siin lisäämään liitoksen kestävyyttä huomattavasti. Samalla voisi miettiä voisiko liima virrata kappaleen sisällä olevien kanavien kautta. Tällöin ulkoisia letkuja tai liittimiä ei välttämättä tarvitsisi ollenkaan. Samalla tulee pohtia olisiko esimerkiksi jauhepetimenetelmä soveltuvampi tulostustekniikka tätä työtä varten. Sillä suurin syy miksi materiaalin ruiskutusteniikka valittiin, oli se, että kyseisen tekniikan laite oli helposti saatavilla.

Pilotin kohteen löytämisessä oli aluksi haasteita ja tämän takia opinnäytetyön aloittaminen viivästyi. Tässä vaiheessa olisi pitänyt olla aktiivisemmin mukana ja vauhdittaa kohteen valintaa enemmän. Lisäksi olisi pitänyt aikatauluttaa työsken- tely tarkemmin ja tehdä kattavampi suunnitelma, jotta olisi aina ollut tiedossa mitä, milloinkin pitäisi tehdä. Kuitenkin opinnäytetyötä voidaan pitää onnistu- neena, sillä tavoitteisiin päästiin. Eli toimeksiantajan tietämystä AM-tekniikoista saatiin lisättyä. Mihinkään laitehankintoihin tai muihin investointeihin tämä tuskin johtaa, mutta pääasia kuitenkin on, että toimeksiantajalla on tieto kyseisen val- mistusmenetelmän olemassa olosta ja sen mahdollisuuksista. Sillä eri valmistusmenetelmien tuntemus on erittäin tärkeää.

(51)

LÄHTEET

UPM Raflatac. 2019 About us. Luettu 10.2.2019. https://www.upmrafla- tac.com/emea/en/about-us/company

Raunio, H. 2016. Työaika 0-12 tuntia - UPM Raflatacin tuotanto joustaa tarpeen mukaan Luettu 20.2.2019. https://www.tekniikkatalous.fi/talous_uutiset/yrityk- set/tyoaika-0-12-tuntia-upm-raflatacin-tuotanto-joustaa-tarpeen-mukaan-

6605846

Karhuketo, H. Seppälä, M. Törn, T. Viluksela, P. 2004. Kemiallinen metsäteolli- suus 3 paperin ja kartongin jalostus. 2. painos. Opetushallitus.

Raflatac intra. 2004. Knowtac. Luettu 3.4.2019. http://knowtac.upmrafla- tac.com/global/12/frame.htm

Garret, B. Redwood, B. Schöffer, F. 2017. The 3D printing handbook technologies, design and applications. 3D Hubs B.V.

Vihinen, J. 2015. 3D-tulostustekniikat. Luettu 20.4.2019.

https://www.vtt.fi/files/services/mav/3D%20-tulostustekniikat_Vihinen.pdf

Stratasys. 2017. Digital materials data sheet. Luettu 5.5.2019. https://www.stratasys.com/-/media/files/material-spec-sheets/mss_pj_digitalmaterialsda-

tasheet_0617a.pdf

Fluortech. 2012. Tekniset muovit. Luettu 5.5.2019. https://www.fluorotech.fi//files/mittakuvat/Teknisetmuovit.pdf

(52)

LIITTEET

Liite 1. Valintatyökalu (Kaavio: 3D-Hubs 2017)

(53)

Liite 1. Vertailutaulukko (Taulukko: 3D-Hubs 2017)