Tämä teksti on laadittu asiakkaidemme innoittamana. Uusi neliosainen artikkelisarjamme käsittelee 3D-tulosteen mallintamista ja 3D-tulostuksessa huomioon otettavia seikkoja lyhyesti ja ytimekkäästi. Toivottavasti tästä artikkelista on hyötyä muillekin.
Käsiteltäviä aiheita:
- Osa 1: Ilmaisohjelmat ja formaattimuodot
- Osa 2: Koko ja ainevahvuus
- Osa 3: 3D-tulosteen käyttökohde ja tulostusmateriaalit
- Osa 4: 3D-tulosteen laatu
Osa 3: 3D-tulosteen käyttökohde ja tulostusmateriaalit
Käyttökohteet
3D-tulostus tekniikkana on vapauttanut tuotteiden suunnittelijat tuotteiden muotoilun osalta ja mahdollistaa uudenlaisten rakenteiden käytön. Uusi tekniikka mahdollistaa uudenlaisten tuotteiden suunnittelun ja valmistamisen, sillä 3D-tulostetta suunniteltaessa suunnittelijan ei tarvitse enää pitäytyä perinteisissä valmistustavoissa ja ottaa välttämättä huomioon mm. sitä onko kappale koneistettavissa vai ei. Tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että vanhat perinteiset valmistustavat jätettäisiin tyystin huomiotta.
Koska 3D-tulostaminen menetelmänä on kuitenkin ainakin vielä tällä hetkellä (vuonna 2016) melko hidasta, soveltuu 3D-tulostaminen parhaiten pienten sarjojen valmistamiseen. Esimerkiksi. varaosat, yksittäiskappaleet, kulutustavarat, taide-esineet, prototyyppien valmistamiseen ja mekanismien sekä prototyyppien toimivuuden testaamiseen ja mahdollisten virheiden löytämiseen (teollisuus-, opetus- ja tutkimusympäristöissä).
Suurimman rajoitteen 3D-tulostamiselle ja tuotettavalle 3D-tulosteelle asettaa se, mihin käyttötarkoitukseen tulostettava tuote on ajateltu. Se, mihin käyttöön 3D-tuloste on tarkoitus tehdä sekä haluttu materiaali yhdessä määrittävät sen, soveltuuko 3D-tulostaminen ylipäätänsä valmistustavaksi kyseiselle tuotteelle. Nämä taas määrittävät, täytyykö tuotteessa ottaa huomioon perinteiset valmistustavat vai ei.
3D-tulosteen tiheys on tekijä, joka vaikuttaa kappaleen painoon ja näin ollen myös sen hintaan, sillä nykyisellään 3D-tulosteiden hinta määrittyy pitkälti materiaalikustannuksien (lue: kappaleen painoon perustuen) ja käytetyn koneajan mukaisesti. Teollisuudessa 3D-tulosteilla haetaan juuri painosäästöä optimoitujen rakenteiden avulla (kennomaiset rakenteet ym.), mm. 3D-tulosteiden tiheyttä säätämällä tuotteissa voidaan saavuttaa jopa 30 – 50 % painosäästö perinteisillä valmistustavoilla valmistettuihin kappaleisiin verrattuna.
Tapauksesta riippuen 3D-tuloste täytyy silti mahdollisesti olla myös massatuotettavissa jollakin perinteisellä valmistustavalla, vaikka ensimmäiset kappaleet tuotettaisiinkin 3D-tulostamalla. Tällöin 3D-tulosteessa on käytettävä rakenteita, jotka ovat toteutettavissa myös muillakin perinteisillä valmistustavoilla tai ainakin muunnettavissa niillä toteutettaviksi.
Tulostusmateriaalit
3D-muovitulosteiden materiaalina on filamenttina saatavilla monia eri materiaaleja, joista PLA ja ABS ovat tällä hetkellä kenties yleisimmin käytössä olevat materiaalit.
PLA (polylaktidi) on synteettinen biohajoava muovi, joka voidaan valmistaa joko maitohaposta,maissitärkkelyksestä tai sokeriruo’osta. Materiaalista voidaan valmistaa mm.:
- muovipakkauksia,
- kertakäyttöruokailuvälineitä
- jätepusseja,
- vihannesten ja hedelmien pakkauksia,
- biohajoavia implantteja
- erilaisia koriste- ja sisustusesineitä
PLA on melko kova ja sitkeä sekä hyvin kulutusta kestävä materiaali, joka vastaa monilta omaisuuksiltaan perinteisiä muoveja. Lisäksi PLA on esim. ABS-muoviin verrattuna ympäristöystävällisempi vaihtoehto, koska se on täysin kompostoituva.
Suositeltu tulostuslämpötila materiaalille on 180°C – 210°C väliltä ja tulostusalustan suosituslämpötila väliltä +40°C – 60°C. Tulostuslämpötilan valintaan vaikuttavat; tulosteen kerrospaksuus, tulostusnopeus, tulosteen muoto ja käytetyn filamentin väri.
Koska tämä materiaali sulaa hyvin ja materiaalin kutistuminen on pientä, sillä saadaan tulostettua tasalaatuisia kappaleita.
PLA:n vetolujuuden maksimiarvon vaihteluväli on 45 – 55 MPa ja pehmenemislämpötila on 60°C. Tällä lämpötila-alueella kappaleet alkavat taipumaan tai sortumaan kasaan.
Materiaali ei sovellu käytettäväksi vaativissa tai vaihtelevissa olosuhteissa (esim. ulkona, työkalujen kahvaosat yms.) materiaalin hauraudesta johtuen. Iskunkestävyyttä pystytään parantamaan lisäaineilla.
Vaikka PLA:lla on suhteellisen hyvä UV-valonkestävyys, se alkaa haurastua UV-valolle altistuessaan. Juuri materiaalin haurastuminen tekee siitä ongelmallisen käytettäväksi vaativissa olosuhteissa.
Kuten monet muutkin muovit myös PLA on hydroskooppinen eli imee itseensä kosteutta. Materiaaliin imeytynyt kosteus ei haihdu materiaalista helposti. Koska PLA on veteenliukenematon aine, valmiissa tuotteissa kostuminen ei aiheuta huomattavia ongelmia, mutta esim. filamenttilangan liiallinen kosteus voi aiheuttaa 3D-tulostettaessa lämmön ja kosteuden höyrystymisen vaikutuksesta mm. epämuodostumia 3D-tulosteessa.
Lisäksi PLA hajoaa nopeasti kosteuden ja lämmön vaikutuksesta, joten jos filamenttilankaa tuotettaessa ja/tai varastoitaessa riittävästä kuivauksesta ei ole huolehdittu voi lanka olla huonolaatuista, mikä vaikuttaa suoraan myös tulosteiden käyttöikään ja tulostuksen onnistumiseen. Tästä syystä valmiit filamenttilangat tulisi varastoida kuivassa ilmatiiviissä paikassa.
***
ABS (akryylinitriilibutadieenistyreeni) on kestävä ja kova muovi. Jäykkänä ja kevyenä ja hinnaltaan edullisena materiaalina ABS:llä on monia käyttökohteita. Materiaalista voidaan valmistaa mm.;
- leluja (esim. legot)
- erilaiset putket ja profiilit
- tietokoneiden ja tulostinten runko-osat
- kotitalous- ja konttorikoneet
- veneet
- turvakypärät
- säiliöt
- laatikot
- kannet ja elektronisten laitteiden kuoret
- saniteettituotteet
- matkalaukut
- istuimet
ABS on sitkeä materiaali, jolla on hyvä pinnanlaatu sekä kiilto.
ABS kestää laimeita suolaliuoksia, happoja ja emäksiä, väkevöityä kloorivetyhappoa ja fosforihappoa, alkoholeja sekä luuöljyä, kasviöljyä ja mineraaliöljyä. Se ei kestä orgaanisia liuottimia ja syöpyy väkevöidyn rikkihapon ja typpihapon vaikutuksesta. ABS ei liukene veteen, mutta liukenee estereihin, ketoneihin, etyleenidikloridiin tai asetoniin.
ABS kestää hyvin vaihtelevia olosuhteita ja korkeampia lämpötiloja kuin PLA. Lisäksi materiaalilla on myös hyvät sähköiset ominaisuudet.
Suositeltu tulostuslämpötila materiaalille on 240°C – 270°C väliltä ja tulostusalustan suosituslämpötila väliltä 90°C – 120°C. Tulostuslämpötilan valintaan vaikuttavat; tulosteen kerrospaksuus, tulostusnopeus, tulosteen muoto ja käytetyn filamentin väri.
ABS:n kutistuvuus on suuri, joten suurien kappaleiden 3D-tulostaminen voi olla ongelmallista johtuen kutistuvuuden aiheuttamista halkeamista tulosteessa.
ABS:n vetolujuuden maksimiarvon vaihteluväli on 20 – 40 MPa ja pehmenemislämpötila on 90°C. Tällä lämpötila-alueella kappaleet alkavat taipumaan tai sortumaan kasaan.
Materiaali soveltuu käytettäväksi vaativissa ja teknisissä käyttökohteissa (esim. veneet ja saniteettikäytössä) kestävyydestään, joustavuudestaan ja sitkeydestään johtuen. Materiaalina ABS on muotonsapitävää, iskunkestävää (myös kylmissä olosuhteissa, kestää kylmää -25°C asti) sekä helposti työstettävää. ABS materiaalia on saatavissa myös elintarvikelaatuna ja eri iskulujuuksille.
ABS-materiaali ei ominaisuuksiltaan kuitenkaan sovellu ulkokäyttöön suoraan auringonvaloon, koska sen UV-valonkestävyys on huono. UV-valonkestävyyttä pystytään kuitenkin parantamaan lisäaineilla. Ulkokäytössä säällä on ABS:ään vanhentava vaikutus.
Tarvitsetko 3D-tulosteen tai apua 3D-suunnitteluusi, ota yhteyttä myyntiimme: info (at) edumo.fi