3D-tulostuksen hyödyntäminen työvälinevalmistuksessa

Abstract

Opinnäytetyö tehtiin V.A.V. Group Oy:lle, joka valmistaa erilaisia tiivisteprofiileja ekstruusiomenetelmällä silikonista ja TPE-muovista. Työ aloitettiin, koska yritykseen hankittiin metallin 3D-tulostin, jolla on tarkoitus valmistaa ekstruusiosuuttimia.

Työssä suunniteltiin ekstruusiosuuttimissa käytettäviä modulaarisia osia, joilla nopeutetaan ja helpotetaan suuttimien suunnittelua ja valmistusta. Tavoitteena oli myös optimoida materiaalin käyttöä 3D-tulostuksessa, jotta tulostuksesta saataisiin mahdollisimman kustannustehokasta. Lisäksi tavoitteena oli laatia työohjeita 3D-tulostuksen vaiheisiin ja suuttimien suunnitteluun, joiden tarkoituksena on toimia apuna uusille työntekijöille.

Modulaaristen osien suunnittelussa käytettiin Inventor 3D CAD -ohjelmaa. Osista suunniteltiin erilaisia prototyyppejä. Prototyypeillä haettiin osien ulkoisia muotoja ja pohdittiin osien kiinnityksen eri vaihtoehtoja. Prototyypeillä testattiin myös, missä asennossa osat kannattaa tulostaa, jotta osille saadaan paras pinnanlaatu tärkeille pinnoille. Materiaalin käyttöä pyrittiin optimoimaan simuloimalla. Simulointi tehtiin Inventorin Stress Analysis -toiminnolla, jolla simuloitiin suuttimeen kohdistuvaa painetta eri materiaalivahvuuksilla. Työohjeita laadittiin 3D-tulostimen käytöstä saadun koulutuksen ja omien kokemusten perusteella. Niissä myös hyödynnettiin yrityksen vanhoja työohjeita ja 3D-tulostimen valmistajan käyttöohjeita.

Tuloksena opinnäytetyössä saatiin suunniteltua modulaariset osat. Osat toimivat mekaanisesti oikein tiivisteprofiilin valmistuksessa sekä helpottavat ja nopeuttavat uusien ekstruusiosuuttimien suunnittelua. Materiaalin käyttö optimoitiin modulaarista osista virtauksen kannalta edulliseksi. Ekstruusiosuuttimien materiaalin käyttöä voidaan optimoida hyödyntäen simuloinnista saatuja tuloksia. Tuloksista saadaan tietoa, kuinka paljon materiaalia suutin mahdollisesti tarvitsee tietylle paineelle. Työohjeet laadittiin 3D-tulostuksen eri vaiheisiin ja uuden suuttimen suunnitteluun.

This thesis was made to V.A.V. Group Oy, which produce different type of seal profiles in extrusion from silicone and TPE-plastic. This thesis was started because the company got a new metal 3D-printer for manufacturing extrusion dies, which are used to produce seal profiles.

The first objective for this thesis was to design modular parts for extrusion dies. The purpose of the parts is to help design new dies faster and easier. The second objective was to optimize material consumption in 3D-printing so that the printing is as cost-efficient as possible. Last objective was to drawn work instructions in different stages of 3D-printing and for designing a new die. The purpose for these instructions is to help new employees to carry out their work.

Modular parts were designed using Inventor 3D CAD -software. First prototypes were designed only to see which printing position is best for surface quality. For material consumption in 3D-printing, dies were simulated with different pressure and material thickness in Inventor’s Stress Analysis -function. Work instructions were drawn up using company’s old instructions and manufacturer manual for 3D-printer. Own experiences and training were also helpful.

As a result, modular parts were designed. Parts work as supposed, helping design new extrusion dies faster and easier. The material consumption can be optimized using simulation results. Results give information how much die might need material in specific pressure. Work instructions were drawn up for wanted stages in 3D-printing and designing a new die.