Artikkelit

Kierrätys osa lisäävän valmistuksen prosessia

12.03.2020

Metallitulostamisessa jauhepetimenetelmällä kierrätetään materiaalia koko tulostusprosessin ajan. Korkealaatuisilla oheislaitteisoilla tämä käy turvallisesti ja tulosteiden laatua vaarantamatta.

Metallin lisäävässä valmistuksessa jauhepetimenetelmällä jauheen kierrätys on yksi prosessin oleellinen osa. Kun kappaleita tehdään, jauhetta levitetään koko tulostusalustan verran. Halutut kappaleet sulatetaan jauheesta laserilla kerros kerrokselta. Kappaleen korkeus määrää prosessissa tarvittavan jauhemäärän tilavuuden. Tulostuksessa suuri osa levitetystä jauheesta jää käyttämättä ja se imuroidaan lopuksi kappaleiden ympäriltä kierrätykseen.

Kierrätys on järkevää

Ajoittain vaatimukseksi nousee neitseellisen jauheen käyttö tulostuksessa sekä jauhe-erien sekoittamista epäillään. Pelkän neitseellisen jauheen käyttö tulostettaessa on mahdollista, muttei komponentin kannalta järkevää. Materiaalihukka on tällöin erittäin suuri ja komponentin hinta korkea. Tärkeämpää on jauhe-erien käytön sekä sekoitussuhteiden seuraaminen.

Kun jauhetta sulatetaan rakennettavaksi kappaleeksi kerros kerrokselta, sen ominaisuudet muuttuvat jokaisella kierrätyskerralla hiukan myös kappaleen ympärillä. Jauhepartikkeleita sulaa yhteen isommiksi ja hienointa jauhetta katoaa jonkin verran suojakaasun virtauksen mukana suodattimille. Isommat partikkelit eivät pääse siivilästä prosessiin, mutta pienien partikkelien puuttuminen huonontaa jauheen levittyvyyttä pitkällä aikavälillä. Tästä syystä on tärkeää, että tietyin väliajoin jauhetta uudistetaan sekoittamalla siihen uutta jauhetta.

Materiaaleissa on eroja

Materiaalit käyttäytyvät eri tavalla. Vaikeimpia kierrätettäviä ovat reaktiiviset materiaalit kuten titaani ja sen seokset. Nämä reagoivat materiaalin käsittelyn sekä prosessin aikana hapen kanssa, joka vaikuttaa kappaleen ominaisuuksiin. Kuitenkin lääketieteen kohteissa käytetyn titaanin testeissä on havaittu, että vaikka happi sekä typpipitoisuuden jauheessa kasvavat, ovat ne silti tuoreen jauheen raja-arvojen sisällä vielä 30-35 käyttökerran jälkeen.

Materiaaleja kierrätettäessä staattisten lujuusarvojen seurantaa kannattaa laadun varmistamiseksi tehdä ja vetosauvojen tulostaminen silloin tällöin muiden kappaleiden ohessa on helppoa. Jo olemassa olevaa tutkimustietoa on myös saatavilla ja siitä on nähtävissä, ettei jauheen normaali kierrätys vaikuta merkittävästi lujuusominaisuuksiin, puhutaan sitten alumiinista, titaanista, nikkeliseoksista tai teräksestä. Ti6Al4V materiaalilla on havaittu jopa mekaanisten ominaisuuksien paranemista muutaman ensimmäisen kierrätyssyklin aikana. Näin ollen lisäävästi valmistettuja kappaleita pystyy helposti käyttämään laitevalmistajien antamien materiaaliarvojen mukaisesti.

Kriittiset kohteet

Kriittisissä, kuten henkilöturvallisuuteen liittyvissä kohteissa voidaan päätyä vaatimaan, että kaikki kappaleet tehdään aina saman jauhe-erän käyttämättömästä jauheesta. Tällä pyritään siihen, että, saavutetaan samat tekniset arvot Tämä ei kuitenkaan ole tarpeen. Tärkeäksi nousee jauheen seuranta. Valmistajan pitää pystyä laskemaan eräkohtaiset käyttökerrat ja minkä ikäistä jauhetta käytetään. Kierrätyksestä on pidettävä tarkkaa lukua. Jopa niin vaativalla alalla, kuin lentokoneteollisuudessa toimiva Airbus hyväksyy raja-arvojen seurantaan mm. eri seosaineiden osuuksissa laskennallisen menetelmän. Pistokokeita lujuuksille tietenkin tehdään, mutta laskemalla sekoitussuhteet pystytään jauheista varmistamaan, luvatuissa raja-arvoissa pysyminen tietyissä ominaisuuksissa.

LIsätietoja:

Markku Lindqvist, CTO, markku.lindqvist@delva.fi

Haasta meidät. Me tuotamme sinulle kappaleen kuin kappaleen*.

*järjen rajoissa