Teollisen 3D-tulostuksen raaka-aineen laadunhallinta : case: Materflow Oy

Abstract

Opinnäytetyö tehtiin Materflow Oy:n toimeksiantona. Työssä keskitytään muovimateriaaleihin ja muovituotteiden 3D-tulostamiseen, joka on materiaalia lisäävää valmistusta. Materflow Oy on yksi Lahden menestyvimmistä startup-yrityksistä ja erittäin ajankohtainen tekijä alan teknologiakehityksen kannalta. Työn tarkoituksena oli selvittää teollisen 3D-tulostuksen SLS-tekniikassa käytettävien raaka-aineiden laadun heikkenemisen syitä, ilmenemismuotoja ja ehkäisemiskeinoja. Valmistusprosessissa yli jäävä raaka-aine altistuu korkealle lämpötilalle, mikä muuttaa sen termisiä ja viskositeettiominaisuuksia. Tutkin valikoivan lasersintrausprosessin vaikutuksia raaka-aineeseen ja sen kelpoisuutta uudelleenkäyttöön. Yrityksessä käytettävän raaka-aineen laatua kartoitettiin sulaviskositeettimittauksen avulla ja laadulle tulkittiin tietyt raja-arvot. Työssä tutkitaan pääasiassa SLS-tekniikassa käytettävien materiaalien vanhenemista. Erityisesti tutkittiin EOS GmbH:n valmistamaa PA2200 -polyamidijauhetta. Raaka-aineen kierrättämiseen ja uudelleenkäyttömahdollisuuksiin perehdyttiin sekä etsittiin ratkaisuja näissä prosesseissa ilmeneviin ongelmiin. Opinnäytetyön teoriaosassa käsitellään raaka-aineen ominaisuuksia, lasersintrausprosessia ja sen parametreja. Raaka-aineen laatu, siihen vaikuttavat tekijät ja sen tehokkaat käyttömenetelmät ovat tärkeimmät aiheet teoriaosuudessa. Toiminallinen osa sisältää Materflow Oy:n käyttämän raaka-aineen ja siitä valmistettujen kappaleiden kokeelliset tulokset. Työn aikana suoritettiin raaka-ainejauheelle sulaviskositeettimittauksia ja mikroskopiaa. Vetokokeilla testattiin valmiita kappaleita, joihin osaan oli tehty jälkikäsittelyjä.

This thesis was an assignment given by Materflow Oy. The aim of the thesis was to study the effects of different qualities of 3D printing materials, especially plastic materials used in laser sintered products. Selective laser sintering is a great technology to produce accurate products using dedicated machinery. Two best known manufacturers of laser sintering machines and materials are EOS GmbH and 3D Systems Co. Materflow Oy is using EOS machinery and an EOS material called PA2200. Materflow Oy uses fine loose polyamide powder in the laser sintering process to make additive manufactured parts. The Laser sintering process deteriorates the material which is used in the machine’s chamber. The powder is affected by heat and time and those are found to be the most significant reasons for deterioration. The challenge in fabricating laser sintered plastic parts is their quality requirements and how to meet them. To study the quality of materials, Material Flow Indexer was employed in this case. The aim was to find quality limits for material that is recycled and reused. Some methods are presented about how recycling could be performed even more effectively. In the theoretical part of the thesis there is a general overview of the PA2200 raw material for laser sintering. It includes theory of PA12 material properties and the laser sintering process and its parameters. The quality of raw material and which factors cause problems with it are the most important topics in this part. In the practical part, a material flow rate test was performed for different qualities of polyamide powder. The powder was also microscopically examined. Lasersintered parts were tested by tensile strength tests and different causes of post-treatments were analyzed.