Vaihtoehtoisten muotinvalmistusmenetelmien kartoitus

Abstract

Tässä insinöörityössä selvitettiin työn toimeksiantajalle aiempaa edullisempi valmistusmenetelmä pienten volyymien polyuretaanimattojen korkeapainereaktioruiskuvalun puristusmuoteille. Opinnäytetyössä kartoitettiin mahdolliset muotinvalmistusmenetelmät ja valittiin niistä soveltuvimmat ja kustannustehokkaimmat menetelmät. Uudella valmistusmenetelmällä tehdyn muotin tuli täyttää seuraavat vaatimukset: kesto 10 000 muotin puristuskertaa, hintataso vähintään 50 % nykyistä edullisempi, toimitusaika vähintään 50 % nykyisten muottien toimitusaikaa lyhyempi, helppo huollettavuus mukaan lukien eri pinnoitukset ja muotin paino nykyisiä muotteja pienempi.

Aluksi työssä käytiin läpi reaktioruiskuvalun toimintaperiaate sekä teoriassa että tehtaalla käytännössä. Seuraavaksi tutkittiin suurien volyymien sarjatuotantomuotin mallia, materiaalia, lämmitystä, irrotusainetta ja toimivuutta käytännössä. Tutkiminen auttoi ymmärtämään, kuinka muotti toimii, minkälaisia rasituksia se joutuu kestämään ja minkälaiset ominaisuudet ovat muotissa tärkeitä. Sen jälkeen tutkittiin mahdolliset muottimateriaalit kuin myös kaikki mahdolliset valmistusmenetelmät, joihin kuuluivat ainetta muovaavat, poistavat sekä lisäävät tekniikat. Ensiksi työssä karsittiin epäkäytännöllisimmät muotin valmistusmateriaalit kalleus- ja lujuusteknisistä syistä. Jäljelle jääneille materiaaleille tutkittiin mahdollisimman edullinen ja nopea valmistusmenetelmä. Valmistusmenetelmä päätettiin toteuttaa mahdollisimman nopealla ja varmalla alihankkijalla.

Parhaaksi muotinvalmistusmenetelmäksi valikoitui ainetta lisäävä valmistustekniikka, joka käyttää materiaalinaan kvartsihiekkaa. Muotti valmistettiin kotimaisella toimittajalla alihankintana. Toimittaja pystyi tekemään tuotteelle muotin, joka toimitettiin opinnäytetyön aikana tehtaalle. Muotin runko-osia ei kuitenkaan ehditty asentamaan muottiin opinnäytetyön aikana, joten käytännön testausta ei päästy suorittamaan. Muotti täytti seuraavat vaatimukset: hintataso vähintään 50 % nykyistä edullisempi, toimitusaika vähintään 50 % nykyisten muottien toimitusaikaa lyhyempi, helppo huollettavuus ja muotin paino nykyisiä muotteja pienempi.

Hydnum Oy produces polyurethane interior floor mats which have been manufactured by different sets of moulds. The purpose of this thesis is to research an optional manufacturing method to produce low volume moulds. Low volume moulds have been made with the same technical specifications as high volume moulds which leads to them being too expensive for low production volumes.

The aim of this research was to find the most competitive manufacturing methods. Low volume moulds had to have the following properties: need to withstand 10 000 instances of use, price level 50 % lower than high volume moulds, lead time 50 % lower than high volume moulds, easy to maintain including different surfaces and lower weight than high volume moulds.

The Reaction Injection Moulding technique (RIM) was studied in theory and in practice at Hydnum Oy’s factory. Therefore, the high volume moulds were examined in order to receive more information about their properties. The most important properties were geometric model, material, heating and release agent. The examining helped to understand how the mould functions and what kind of stress it needs to bear up. After that all practicable materials for the mould were researched to find the most suitable ones. Thereafter every manufacturing method was studied for the suitable materials.

Additive manufacturing was selected to be the best manufacturing method. 3D-printer which prints arenaceous quartz was used. A subcontractor company from Finland was able to produce the mould, which was not tested at Hydnum Oy’s factory. Testing was not done within the project because the missing critical frame structure parts were not received in time. Nevertheless, the mould fulfilled the following demands: price level 50 % lower than high volume moulds, lead time 50 % lower than high volume moulds, easy to maintain and lower weight than high volume moulds.