Tulostusaikaa lyhentävät keinot laserjauhepetisulatus-menetelmään perustuvissa 3D-tulostimissa

Abstract

Laserjauhepetisulatus (PBF-LB) on yksi monista materiaalia lisäävistä valmistusmenetelmistä. Sen avulla voidaan valmistaa kestäviä ja geometrisesti tarkkoja kappaleita metallijauheesta. Muihin metalleja käsitteleviin materiaalia lisääviin valmistusmenetelmiin verrattuna PBF-LB kykenee valmistamaan laadukkaampia kappaleita, mutta se on menetelmänä huomattavasti hitaampi. Työn tavoitteena on tutustua eri keinoihin, joilla tulostusaikaa voidaan lyhentää PBF-LB-menetelmään perustuvissa 3D-tulostimissa sekä selvittää, kuinka nämä keinot vaikuttavat syntyvään kappaleeseen tulostusajan lyhentyessä.

Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena. Työn alussa perehdytään PBF-LB-menetelmään kirjallisuudesta löytyvän tiedon avulla, jonka jälkeen tutustutaan yhdeksään eri tapaan lyhentää tulostusaikaa useiden tehtyjen tutkimusten avulla. Lopuksi tutkielmassa pohditaan muun muassa eri keinojen yhteensovittamista.

Tutkielmassa saatiin selville, että jo tulostimen valmistajan määrittelemiä tulostusparametreja säätämällä voidaan huomattavasti lyhentää tulostusaikaa ilman investointeja tai päivityksiä 3Dtulostimeen. Tulostusparametrien säätäminen vaikuttaa kuitenkin nopeasti syntyvän kappaleen mekaanisiin ominaisuuksiin sekä pinnanlaatuun, joten hyödyt voivat jäädä pieniksi, jos kappaleen täytyy esimerkiksi kestää suuria voimia. Tulostimeen investoiminen ja tulostimen päivittäminen uusimpaan teknologiaan avaa uusia mahdollisuuksia säätää valmistusprosessia, sekä lyhentää tulostusaikaa heikentämättä syntyvän kappaleen mekaanisia ominaisuuksia tai laatua.

Laser powder bed fusion (PBF-LB) is one of many additive manufacturing methods. It can be used to produce durable and geometrically accurate parts from metal powder. Compared to other additive manufacturing methods for processing metals, laser powder bed fusion can produce significantly higher quality, but it has longer printing time than other additive manufacturing methods. The aim of the work is to know the different methods that can be used to shorten the printing time, and to determine how the methods affect the resulting part when the printing time is reduced.

The work has been carried out as a literature review. It starts with an introduction to the PBFLB method followed by showcasing nine different ways to reduce printing time using several studies conducted. Finally, the work considers ways of implementing these nine different factors simultaneously in the process.

This work found out that even by adjusting the printing parameters specified by the printer manufacturer can greatly reduce the printing time without any investments or upgrades to the printer itself. On the other hand, the reduced printing time from adjusting process parameters quickly affects the quality and mechanical properties of the parts. Therefore, the gains might be limited if for example the parts are required to handle great forces. Investing and upgrading the printer to the latest technology opens many new possibilities for adjusting the manufacturing process and reducing printing time without compromising the mechanical properties or quality of the resulting part.