Turun AMK on saanut tiloihinsa kaksi metallitulostinta

Teksti ja video: Veera Laaksonen

Metallin 3D-tulostuksessa käytetään tällä hetkellä materiaalina alumiinipulveria. Pulverista voidaan laserilla sulattaa erilaisia kappaleita, kuten varaosia. 

Metallitulostuksen prosessissa suunnitellaan digitaalisesti kappale tai kappaleita, joita halutaan tulostaa. Ohjelmistossa määritellään tulostettavan kappaleen sijoittaminen ja orientaatio niin, että tulostusmateriaalia käytettäisiin mahdollisimman vähän ja tehokkaasti. 

Videolla esitetään metallitulostuksen prosessin vaiheita. Videolla nähdään kappaleen suunnittelua ohjelmistossa. Kappaletta tukee keltaisena nähtävä alue, jota kutsutaan tukimateriaaliksi. Tukimateriaalia käytetään, jotta kappale ei rakennu suoraan kiinni tulostusalustaan, vaan se voidaan irrottaa alustasta vahingoittumatta.

Tulostusalustan koko Turun AMK:n tulostimissa on 280mm x 280mm ja maksimi tulostuskorkeus on 340mm. Näin ollen tulostettavissa olevan kappaleen enimmäiskoko rajautuu tulostusalueen mukaan. 

Kappaletta käsitellään digitaalisesti

Tulostettava kappale ohjelmoidaan sopivaan kulmaan niin, että voidaan minimoida tukimateriaalin määrä. Tukimateriaalia tarvitaan, jotta tulostettava kappale ei lähde sulatusprosessissa valumaan ja muotoutumaan väärin. Valmiista kappaleesta hiotaan tukimateriaali käsin pois.

Tulostettavan kappaleen digitaalinen malli voidaan ajaa tulostimeen joko digitaalisesti tai USB-tikun avulla. Tulostuksen alkaessa tulostimen sisätilasta poistetaan kaikki happi puhtaalla argonilla niin, että tulostimen sisätilan happipitoisuus putoaa 0,1 prosenttiin. 

Kun tulostus aloitetaan, levittää tulostin tasapaksun metallipulverikerroksen tulostusalustalle. Laser aloittaa pulverin sulatuksen, ja kun kaikki alustalle ohjelmoidut kappalealueet on sulatettu, levittää kone uuden kerroksen pulveria. Kappale valmistuu hitaasti kerrostuen, ja riippuen kappaleen korkeudesta voi tulostusprosessissa kestää useita tunteja. 

Suojautuminen riskin eliminoimiseksi

Tulostuksen valmistuttua tulostin siivotaan huolellisesti. Siivouksessa käytetään hyväksi pensseliä ja imuria. Se metallijauhe, jota ei saada pensselillä pyyhittyä keräyspulloon, imuroidaan. Pensselillä pulloon kerätty jauhe siivilöidään, ja osittainkin sulanut materiaali erotellaan jätteeseen. Jäljelle jäänyt jauho voidaan käyttää uudelleen. Imuroitu jauhe taas menee suoraan jätteeseen.

Laboratorioinsinööri Pekka Törnqvistin mukaan metallitulostuksessa on syytä pitää hyvä huoli suojavarusteista. Suojavarusteita ei tarvitse pitää tulostuksen aikana, sillä tulostus tapahtuu ilmatiiviin koneen sisällä. Metallijauhe on ilmaa raskaampaa, joten se ei lähde pöllyämään itsekseen. Sen sijaan suojautuminen on tärkeää silloin, kun metallijauhepulloja käsitellään sekä kun jauhejäämiä imuroidaan.

– Jauhepullojen käsittelyssä ei ole välitöntä vaaraa, koska jauhepullot ovat suljettuja. Koska jotain vahinkoja voi sattua, niin suojavarusteet ovat tarvittava varotoimenpide. Riski halutaan kuitenkin eliminoida. Tulostimen luukussa on suojahanskat, joiden avulla voidaan operoida tulostuskammiota. Näin ehkäistään jauheen leviämistä ympäristöön, kuten myös kontaktia jauheen kanssa, Törnqvist kertoo.

Törnqvistin mukaan suojavarusteita on pidettävä aina, kun ollaan tekemisissä metallijauheen kanssa.

Törnqvistin mukaan metallitulostuksessa kustannustehokasta on tulostaa mahdollisimman paljon kappaleita kerralla. Hapen poistamisessa käytettävä suojakaasu argon on arvokasta. Myös tulostettavaa kappaletta ja sen valmistustapaa on syytä suunnitella ennen toimeen ryhtymistä.

– Mitä monimutkaisempaa kappaletta ollaan tulostamassa, sitä kannattavampi se on valmistaa metallintulostimella. Jos taas tarve on tulostaa helpomman muotoinen kappale, kannattaa miettiä voisiko sen valmistaa perinteisemmillä menetelmillä. 

Myös kappalemääriä kannattaa miettiä. Kustannustehokasta on tulostaa mahdollisimman monta kappaletta samaa tuotetta niin, että ne täyttävät koko tulostusalustan.