Sähkö- ja paloturvallisuus FDM-tulostetuissa kytkentäkoteloissa
Lahtinen, Leevi (2025)
Kandidaatintyö
2025
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025061668845
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025061668845
Tiivistelmä
3D-tulostus tarjoaa joustavan ja kustannustehokkaan tavan valmistaa sähköasennuksissa käytettäviä komponentteja, kuten kytkentäkoteloita. Tässä kandidaatintyössä tutkitaan FDM-tulostettujen muovisten kytkentäkoteloiden sähkö- ja paloturvallisuustekijöitä systemaattisen kirjallisuuskatsauksen avulla. Tarkastelu kohdistuu erityisesti eristäviin filamenttimateriaaleihin, tulostusparametreihin ja sovellettaviin turvallisuusstandardeihin.
Työssä havaitaan, että kaikilla tarkastelluilla eristävillä filamenttimateriaaleilla saavutetaan turvallinen jännitelujuus pienjännitekäytössä, kun kotelon seinämän paksuus on tavanomainen (3–5 mm) ja seinämän täyttöaste on 100 %. Tulostusparametrien optimoinnilla voidaan parantaa sähköturvallisuutta edelleen. Paloturvallisuuden osalta suurimmat erot ilmenevät materiaalien välillä, ja erityisen hyvin soveltuvat palonestoaineilla seostetut filamentit, kuten ABS-FR ja PC-FR sekä PVC, joka on paloturvallinen ilman lisäaineita.
Kirjallisuuskatsaus osoittaa, että 3D-tulostetut kytkentäkotelot voivat täyttää kytkentäkotelojen turvallisuusvaatimukset, kun materiaalivalinta ja tulostusparametrit ovat suunniteltu huolellisesti. Jatkotutkimuksessa suositellaan kokeellisia testejä IEC 60670-1 -standardin mukaisesti, jotta työn havainnot voidaan vahvistaa käytännössä. 3D printing offers a flexible and cost-effective way to manufacture components used in electrical installations, such as enclosures. This bachelor’s thesis examines the electrical and fire safety characteristics of FDM-printed plastic enclosures through a systematic literature review. The focus is on insulating filament materials, printing parameters, and applicable safety standards.
The study finds that all reviewed insulating filament materials provide sufficient dielectric strength for low-voltage applications when the enclosure wall thickness is typical (3–5 mm) and the infill density is 100 %. Optimizing printing parameters can further enhance electrical safety. In terms of fire safety, more significant differences are observed between materials. Flame-retardant filaments such as ABS-FR and PC-FR, as well as PVC—which is inherently flame-resistant—are identified as the most suitable fire-safe material options.
The review indicates that 3D-printed enclosures can meet safety requirements when materials and printing parameters are carefully selected. For future research, experimental testing according to the IEC 60670-1 standard is recommended to validate the findings in practice.
Työssä havaitaan, että kaikilla tarkastelluilla eristävillä filamenttimateriaaleilla saavutetaan turvallinen jännitelujuus pienjännitekäytössä, kun kotelon seinämän paksuus on tavanomainen (3–5 mm) ja seinämän täyttöaste on 100 %. Tulostusparametrien optimoinnilla voidaan parantaa sähköturvallisuutta edelleen. Paloturvallisuuden osalta suurimmat erot ilmenevät materiaalien välillä, ja erityisen hyvin soveltuvat palonestoaineilla seostetut filamentit, kuten ABS-FR ja PC-FR sekä PVC, joka on paloturvallinen ilman lisäaineita.
Kirjallisuuskatsaus osoittaa, että 3D-tulostetut kytkentäkotelot voivat täyttää kytkentäkotelojen turvallisuusvaatimukset, kun materiaalivalinta ja tulostusparametrit ovat suunniteltu huolellisesti. Jatkotutkimuksessa suositellaan kokeellisia testejä IEC 60670-1 -standardin mukaisesti, jotta työn havainnot voidaan vahvistaa käytännössä.
The study finds that all reviewed insulating filament materials provide sufficient dielectric strength for low-voltage applications when the enclosure wall thickness is typical (3–5 mm) and the infill density is 100 %. Optimizing printing parameters can further enhance electrical safety. In terms of fire safety, more significant differences are observed between materials. Flame-retardant filaments such as ABS-FR and PC-FR, as well as PVC—which is inherently flame-resistant—are identified as the most suitable fire-safe material options.
The review indicates that 3D-printed enclosures can meet safety requirements when materials and printing parameters are carefully selected. For future research, experimental testing according to the IEC 60670-1 standard is recommended to validate the findings in practice.