3D-tulostettujen metallikappaleiden valmistuskustannusten optimointi
Inkilä, Tuukka (2025)
Kandidaatintyö
2025
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025042430333
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025042430333
Tiivistelmä
Tämän kandidaattityön aiheena on 3D-tulostettujen metallikappaleiden valmistuskustannusten optimointi. Suorakerrostusmenetelmässä kuluu runsaasti suojakaasua, joka muodostaa merkittävän osan valmistuskustannuksista. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, voidaanko suojakaasun kulutusta vähentää ilman, että lopputuotteen laatu heikkenee.
Tutkimus koostui suorakerrostusmenetelmän kirjallisuuskatsauksesta ja kokeellisesta osuudesta, jossa suoritettiin kolme laboratoriokoetta. Kokeissa tarkasteltiin erityisesti suojakaasuvirtauksen ja hitsausnopeuden vaikutusta tulostuslaatuun. Jokaisessa kokeessa tehtiin useita toistoja, ja epäonnistuneet suoritukset uusittiin. Tutkimuksessa käytettiin eri hitsausohjelmia, jotka soveltuvat erilaisille hitsausnopeusalueille.
Tulosten perusteella suojakaasun syöttöä voitiin alentaa merkittävästi ilman visuaalisesti havaittavaa huokoisuutta, mikä varmistettiin myös röntgenkuvauksella. Hitsausnopeutta voitiin kasvattaa tiettyyn rajaan asti ilman laadun heikkenemistä. Ohjelman vaihtaminen mahdollisti suuremmat hitsausnopeudet, mutta nopeuden kasvaessa virheiden riski lisääntyi. Tulokset tukevat menetelmän käyttöönottoa teollisuudessa erityisesti suurikokoisten osien valmistuksessa. The topic of this bachelor’s thesis is the optimization of manufacturing costs for 3D-printed metal components. The directed energy deposition process consumes a significant amount of shielding gas, which forms a considerable part of the total manufacturing costs. This study aimed to determine whether shielding gas consumption could be reduced without compromising material quality.
The study consisted of a literature review of the directed energy deposition process and an experimental section involving three laboratory tests. The experiments focused on the effects of shielding gas flow and welding speed on the quality of the printed components. Each test included multiple repetitions, and unsuccessful attempts were repeated. Different welding programs were used in the study, each suitable for different welding speed ranges.
Based on the results, shielding gas flow could be significantly reduced without visually detectable porosity, which was also confirmed through radiographic imaging. Welding speed could be increased up to a certain limit without compromising quality. Changing the welding program enabled higher welding speeds, although the risk of defects increased with speed. The results support implementing the directed energy deposition process in industrial applications, especially for manufacturing large-scale components.
Tutkimus koostui suorakerrostusmenetelmän kirjallisuuskatsauksesta ja kokeellisesta osuudesta, jossa suoritettiin kolme laboratoriokoetta. Kokeissa tarkasteltiin erityisesti suojakaasuvirtauksen ja hitsausnopeuden vaikutusta tulostuslaatuun. Jokaisessa kokeessa tehtiin useita toistoja, ja epäonnistuneet suoritukset uusittiin. Tutkimuksessa käytettiin eri hitsausohjelmia, jotka soveltuvat erilaisille hitsausnopeusalueille.
Tulosten perusteella suojakaasun syöttöä voitiin alentaa merkittävästi ilman visuaalisesti havaittavaa huokoisuutta, mikä varmistettiin myös röntgenkuvauksella. Hitsausnopeutta voitiin kasvattaa tiettyyn rajaan asti ilman laadun heikkenemistä. Ohjelman vaihtaminen mahdollisti suuremmat hitsausnopeudet, mutta nopeuden kasvaessa virheiden riski lisääntyi. Tulokset tukevat menetelmän käyttöönottoa teollisuudessa erityisesti suurikokoisten osien valmistuksessa.
The study consisted of a literature review of the directed energy deposition process and an experimental section involving three laboratory tests. The experiments focused on the effects of shielding gas flow and welding speed on the quality of the printed components. Each test included multiple repetitions, and unsuccessful attempts were repeated. Different welding programs were used in the study, each suitable for different welding speed ranges.
Based on the results, shielding gas flow could be significantly reduced without visually detectable porosity, which was also confirmed through radiographic imaging. Welding speed could be increased up to a certain limit without compromising quality. Changing the welding program enabled higher welding speeds, although the risk of defects increased with speed. The results support implementing the directed energy deposition process in industrial applications, especially for manufacturing large-scale components.