Kaasu tekee 3D-tulostamisesta turvallista

Metallien 3D -tulostamisesta on tullut “kuuma” aihe koneenrakennuksessa. Laserin ja hienojen metallijauheiden yhteistyöllä onnistutaan tekemään kappaleita, joihin mikään muu tuotantotekniikka ei pysty.

Big Science -maailmassa ja ilmailuteollisuudessa syntynyt avaruusajan menetelmä leviää nopeasti myös tavanomaisemman koneenrakennuksen piiriin ja mullistaa ajattelua siitä, miten tuotteet ja niiden osat saattaisivat toimia, jos valmistustekniikka ei asettaisi niille rajoituksia.

Metallien 3D-tulostuksen haasteet ja riskit

Täydellinen valmistamisen vallankumous, niinkö?

No ei sentään. Uutuuksien saaman hehkutuksen lämmössä niiden riskit ja rajoitukset jäävät usein kokonaan mainitsematta. 3D-metallitulostus ansaitsee useimmat siitä käytetyt ylisanat, mutta silläkin on vaikeutensa ja riskinsäkin, jotka toki ovat hallittavissa.

Tulostuksessa raaka-aineena käytetään vehnäjauhoa hienojakoisempaa metallijauhetta. Keskimääräinen partikkelikoko on alle 50 mikrometriä. Vaikka metallit eivät olekaan myrkyllisiä, näin hienona jauheena ne voivat päätyä syvälle hengitysteihin ja tavallisten vaatteiden läpi iholle ja jopa ihon läpi. Jauheita ja kappaleita käsittelevät työntekijät joutuvat käyttämään suojapukuja ja hengityssuojaimia. Lisäksi ilmassa leijaileva metallipöly aiheuttaa pölyräjähdyksen riskin siinä missä puupöly tai jauhotkin.

Kaikki käsittely ilmatiiviissä laitteissa

HT Laser on suomalainen 3D-metallitulostuksen pioneeriyritys. Yhtiö otti vuoden 2019 alussa käyttöön kahta seitsemänsadan watin laseria käyttävän metallitulostuskoneen Keuruun tehtaallaan.

Tehtaalle rakennettiin kolmen osaston erillisellä ilmanvaihdolla varustettu kokonaisuus tulostusta varten. Yksi huone jauheiden käsittelylle, toinen tulostukselle ja kolmas tulosteiden jälkikäsittelylle. Kaikki jauheiden ja viimeistelemättömien kappaleiden käsittely tapahtuu ilmatiiviissä laitteissa.

Kaasut ovat tulostuksessa oleellisessa osassa. Itse tulostus tapahtuu suojakaasussa ja jauheet myös säilytetään suojakaasussa. Kaasujen ja jauheiden käsittelyyn liittyvien järjestelmien suunnittelussa ja toimittamisessa oli alusta asti kumppanina kaasuyhtiö Linde (ent. AGA), jolta löytyi valmista osaamista tulostinmallin vaatimille järjestelmille. Linde pystyy toimittamaan kaasujen ja jauheiden käsittelyyn tarvittavat järjestelmät kaikkiin markkinoilla oleviin tulostinkonemerkkeihin.

HT Laser perustettiin kolmekymmentä vuotta sitten toimittamaan tarpeiden mukaan optimoituja ja jalostettuja leikkeitä joukolle koneenrakennusyrityksiä. Silloin HT Laser oli laserleikkauksen ja vesileikkauksen pioneeriyritys Suomessa. Sittemmin yhtiöstä tuli myös yksi ensimmäisistä laserhitsausta tarjoavista toimittajista.

“Nyt olemme 3D-metallitulostuksella uudelleen samassa tilanteessa”, sanoo liiketoimintajohtaja ja yksi omistajista Sanna Teiskonen. “Suurelle kiinnostuneelle asiakasjoukolle päästään konkretisoimaan uuden menetelmän etuja.”

“3D-tulostuksessa on mahdollista optimoida kappaleen muoto täysin lujuuden ja toiminnallisten vaatimusten mukaan. Mitä lujempi materiaali valitaan, sen vähemmän sitä kuluu. Kevennysten ja pinnanmuotojen ja reijitysten tekeminen tekevät tuotteesta halvemman – ei kalliimpaa niin kuin koneistettaessa”, Teiskonen sanoo.

HT Laser teki vuoden 2018 syksyllä päätöksen hankkia 3D-metallitulostin, ja vuodenvaihteessa kone ja siihen liittyvät laitteet olivat valmiina.

Yhtiö valmistautui uuteen teknologiaan hyvin huolellisesti. Jo pari vuotta ennen investointia yhtiö perusti 3D-akatemian, jossa henkilökuntaa kaikista toiminnoista perehdytettiin menetelmän mahdollisuuksiin ja edellytyksiin.

Teiskosen mukaan merkillepantavaa oli se, kuinka perusteellista valmistautumista tulostuksen aloittaminen vaati. Jauheiden ja kaasujen käsittely tässä laajuudessa oli yhtiölle uutta, ja ne haluttiin hoitaa mahdollisimman huolellisesti, koska ne olivat työturvallisuuden kannalta kriittinen asia.

Suomessa valtaosa tulostuksesta kiinnostuneista koneenrakentajista käyttää noin viiden alalla toimivan suomalaisen alihankkijan asiantuntemusta ja palveluja. HT Laser erottuu kilpailijoistaan jo kokonsa puolesta. HT Laser tekee komponentteja ja kokoonpanoja Suomessa seitsemällä paikkakunnalla sekä Puolan Poznanissa. Tuotantoteknologioden joukossa on muun muassa laserhitsaus robotilla, joka sopii erinomaisesti tulostettujen komponenttien liittämiseen. Sanna Teiskosen mukaan yhtiö on erinomaisessa asemassa tarjoamaan tuotteita, joissa tulostettu komponentti on osa suurempaa kokonaisuutta.

Luja materiaali voi olla halvempi

HT Laser tulostaa alumiinia, ruostumatonta terästä, työkaluteräksiä, titaania ja nikkeliperustaisia superseoksia.

Teiskosen mukaan 3D-tulostettavaa kappaletta suunniteltaessa joitain asioita kannattaa ajatella eri tavalla kuin yleensä. Materiaalin valinta on yksi näistä.

“Kappaleen koko maksaa. Muotoilu tulee kaupan päälle.”