Lisäävän valmistuksen mahdollisuudet robotti-integraattorin mekaniikkasuunnittelussa

Abstract

Tämä diplomityö tehdään MTC Flextekin suunnitteluosaston apuvälineeksi lisäävän valmistuksen käyttökohteiden valitsemiseen ja tuotteiden suunnitteluun. Tavoitteena on lisätä tuntemusta lisäävän valmistuksen menetelmistä, jotta niitä osataan tulevaisuudessa hyödyntää parhaalla mahdollisella tavalla. Kun suunnitellaan osia lisäävän valmistuksen mukaisesti, suunnitteluun pätee omat ajatusmallit ja säännöt. Näiden osaaminen on välttämätöntä uuden teknologian hyödyntämiselle.

Työssä on kaksi osuutta. Ensimmäinen osuus on kirjallisuuskatsaus, jossa lisäävän valmistuksen aihealueeseen syvennytään kirjallisten lähteiden kautta. Työssä käydään läpi eri valmistusmenetelmiä ja niiden soveltuvuutta erilaisille tuotteille. Työssä keskitytään erityisesti lisäävän valmistuksen suunnittelun kannalta oleellisiin aihealueisiin. Kirjallisella selvityksellä luodaan pohjaa myös työn toisen osuuden toteuttamiselle. Kirjallinen osuus auttaa lukijaa myös ymmärtämään toisen osuuden sisältöä paremmin. Työn toinen osuus on tapaustutkimus, jossa robottisovellukseen suunnitellaan lisäävälle valmistukselle soveltuva kappale. Tapaustutkimus lähtee liikkeelle kohteen valinnasta ja konseptoinnista. Työssä päädytään valmistamaan robottitarttujan leuka, joka suunnitellaan lisäävän valmistuksen ehtojen mukaisesti. Lopuksi leukaa optimoidaan lujuusopin avulla. Suunnittelun perustana käytetään ensimmäisessä osuudessa esiteltyjä ajatusmalleja ja suunnitteluohjeita.

Työn viimeisessä osuudessa suunnitellut leuat valmistetaan ja testataan. Valmistusmenetelmäksi työssä valikoitui metallin jauhepetimenetelmä ja materiaaliksi AlSi10Mg alumiiniseos. Työn aikana valmistettujen leukojen laadullisia- ja määrällisiä ominaisuuksia testataan ja pitkäaikaiset testit robottikäytössä jatkuvat vielä työn jälkeen. Työn lopputuotteena yrityksen käyttöön valmistuu helposti kustomoitava tarttujaleuan malli, joka on suunniteltu lisäävän valmistuksen ehtojen mukaisesti.

This Masters thesis was made together with the company MTC Flextek. This thesis will work as a tool for the company’s mechanical designers to choose the correct parts to be made with additive manufacturing and design parts correctly for 3D-printing. One goal is to raise the overall awareness of this new technology in our company, so that it can be benefitted from in the future. Additive manufacturing design process has its own mindsets and design rules that need to be known to be able to design good parts for these manufacturing technologies.

This thesis consists of two parts. First part is a literature review that focuses on different additive manufacturing processes and choosing the right parts for additive manufacturing. The main focus is to understand the idea of DfAM or design for additive manufacturing. The knowledge learned in the literature review is then utilized in the next parts of the thesis. The literature review also helps the reader to understand and follow the subject in the later parts of this thesis.

The second part is a case study where a part for additive manufacturing is designed. Robot gripper part is chosen to be designed. After the design process, the part is optimized using finite element method. Lastly the part is manufactured and tested. Parts are made from AlSi10Mg material with a laser powder bed fusion process. Qualitative and quantitative results are being tested. Long-term test results in an automation use for the jaws are continued after this thesis. Easily customizable gripper jaw model was produced as a product of this thesis for the company’s use.