Jauhepetimenetelmät ja niiden käyttö koneenrakennuksessa

Abstract

Koneenrakennuksessa suunniteltavia kappaleita on perinteisesti valmistettu ainetta poistavilla valmistusmenetelmillä, kuten sorvaamalla ja poraamalla. Nykyään valmistamiseen voidaan käyttää myös ainetta lisääviä valmistusmenetelmiä, kuten jauhepetimenetelmiä. Niiden toimintaperiaatteet ja ominaisuudet on hyvä tietää, jotta menetelmillä valmistettavien kappaleiden suunnittelu ja valmistus on sujuvaa. Työn tavoite on selvittää, mitä ovat ainetta lisäävät valmistusmenetelmät, mitä ovat jauhepetimenetelmät ja miten niiden ominaisuudet tulee huomioida koneenrakennuksessa, kun suunniteltavat kappaleet valmistetaan jauhepetimenetelmillä. Työ on kirjallisuuskatsaus, ja se koostuu kolmesta osasta. Ensimmäiseksi käsitellään ainetta lisääviä valmistusmenetelmiä yleisellä tasolla, ja kerrotaan niiden kaupallistumisesta sekä historiasta. Samassa luvussa käsitellään myös useita eri ainetta lisääviä valmistusmenetelmiä, niiden ominaisuuksia sekä niillä valmistettavien kappaleiden valmistusprosessien vaiheita. Tämän jälkeen työssä syvennytään jauhepetimenetelmiin, niiden toimintaperiaatteeseen sekä menetelmissä käytettävän laitteiston rakenteeseen. Menetelmistä tutkitaan tarkemmin kolmea eri jauhepetimenetelmää, jotka ovat valikoiva lasersulatus ja -sintraus sekä elektronisuihkusulatus. Työn lopuksi käydään läpi jauhepetimenetelmien käyttöä koneenrakennuksessa, eli menetelmien mahdollisuuksia ja rajoitteita. Työssä esitellään myös eräs suunnittelijan työkalu, topologian optimointi, jota voidaan hyödyntää jauhepetimenetelmillä valmistettavien kappaleiden suunnittelussa. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että ainetta lisäävissä valmistusmenetelmissä kappaleet valmistetaan kerroksittain. Eri menetelmiä on useita, ja niillä kyetään valmistamaan kappaleita monista eri materiaaleista. Jauhepetimenetelmissä kappaleen jauhemaista raaka-ainetta levitetään tasaiseksi kerrokseksi ja kappaleen muodostamiseksi jauhepedille kohdistetaan energiasäde. Energiasäteenä käytetään joko laseria tai elektronisuihkua. Jauhepetimenetelmillä valmistettavat kappaleet voivat olla geometrisesti monimutkaisempia, kuin perinteisillä valmistusmenetelmillä valmistettavat, joka mahdollistaa myös topologian optimoinnin käyttämisen. Menetelmien avulla jotkut monista erillisistä komponenteista koostuvat laitteet on mahdollista valmistaa siten, että koko laite koostuu vain yhdestä komponentista. Jauhepetimenetelmiä käytettäessä kappaleelle joudutaan usein kuitenkin suunnittelemaan tukirakenteita, mikä hankaloittaa suunnittelua sekä lisää jälkikäsittelyn tarvetta. Menetelmien käyttäminen vaatii myös suojakaasun tai tyhjiön toimiakseen, mikä aiheuttaa lisäkustannuksia. Jauhepetimenetelmien käyttöön liittyy siis monia mahdollisuuksia, mutta myös monia rajoitteita.