Pikamallilaitteen tuotteistaminen

Abstract

Opinnäytetyön tilaajana oli Oulun ammattikorkeakoulun konetekniikan osaston laboratorio, jonne tuli suunnitella projektisuunnittelija Lassi Kaivosojalle CoreXY- ja FDM-tekniikkaan perustuva koteloitu pikamallilaite. Tulostimen ohjaus haluttiin toteutettavan Arduino-ohjauksen avulla. Laitteistosta tuli luoda 3D-mallinnukset piirustuksineen, joita voitaisiin myöhemmin hyödyntää opetuksessa niin laboratorioharjoituksissa valmistettavina kappaleina kuin teoriaopetuksenkin tukena.

Suunnitelmat tuli toteuttaa huomioiden kappaleiden valmistus perusvalmistusmenetelmillä käyttäen standardeja markkinoilta löytyviä materiaaleja, kiinnitystarvikkeita ja ostokomponentteja. Lisäksi laitteistolta vaadittiin mahdollisimman modulaarista rakennetta, jotta laitteistosta kokoonpantaessa erikokoisia laiteversioita pystyttäisiin hyödyntämään samoja laboratoriotöissä valmistuneita kappaleita. Suunnitelmissa tuli ottaa huomioon myös oppilaitoksen mahdollisuus myydä valmistuneita kappaleita ja laitteistoja. Tämä vähentäisi laboratorioon hankittavien materiaalien kustannuksia.

Työssä tuli myös tutkia ja ottaa suunnitelmissa huomioon mahdollinen laitteiston käyttö ja soveltuvuus myös muuhun kuin 3D-tulostamiseen. Muita suunnittelun ja mallin-nuksen edetessä huomioon otettuja käyttösovelluksia olivat piirilevyjen jyrsintä ja FIP-tiivisteen pursotus. Toissijaisina tavoitteina olivat tulostimen suunnitelmien todentaminen prototyypin avulla ja tutkimuksen tekeminen tulostimen toteuttamisesta Raspberry Pi -ohjauksella.

3D-mallintaminen toteutettiin SolidWorks 2016 - 2017 -version CAD-ohjelmistolla. Kaikista valmistettavista osista luotiin mallinnuksen lisäksi piirustukset. Kaikille kappaleille, osakokoonpanoille, standardikomponenteille ja valmistajien valmiille malleille luotiin yksilölliset tuotenumerot. Tuotenumerointi tehtiin SolidWorksiin liitetyllä PNG-ohjelmalla oppilaitoksen tuotetiedonhallinnan tarpeita varten.

Tilaaja rajasi työn laitteiston prototyypin valmistamisessa 3D-tulostimeen Arduino-pohjaisella elektroniikalla toteutettuna, ilman laitteiston lisäkäyttöön vaadittuja ominaisuuksia. Työssä saavutettiin ensisijaiset tavoitteet täysin toteutettavissa olevilla suunnitelmilla. Näitä suunnitelmia tilaaja voi halutessaan alkaa soveltamaan käytännössä.

The client of this thesis was Oulu University of Applied Sciences Mechanical Engineering Department's project planner Lassi Kaivosoja. The content of the thesis was to plan and create a 3D-modeling and drawings for CoreXY and FDM -based encased rapid prototyping machine. Machine control wanted to be implemented with Arduino based electronics. Later these achieved outcomes can be used at students laboratory works and for supporting the theoretical teaching.

The plans had to take into account the manufacture of the pieces by the basic manu-facturing methods using standard materials, fasteners and purchase components found on the market. In addition, a modular structure was required for the hardware, so that when assembling the hardware, different versions of the machine could be utilized by the same parts completed in the laboratory works. Overall, these plans takes account the Oulu University of Applied Sciences ability to sell completed parts and machines, which in turn would reduce the cost of materials to be acquired in the lab.

The thesis also investigated and planned to take into account the possible use of equipment and suitability for other use than 3D printing. Other applications that were considered were power circuit board milling and FIP seal extrusion. Secondary goal was also to study the printer's control using the Raspberry Pi. Other secondary goal also were to verify the plans with the prototype of the printer.

3D-modeling was implemented with SolidWorks 2016-2017 version. In addition to modeling, all drawings were created. For each modeled part's, sub-assemblies, standard components, and by manufacturer's finished modeling, unique product numbers were created with the PNG program attached to SolidWorks. Unique item numbers were created to support the Oulu university of applied sciences product information management needs.

The subscriber limited the work of hardware prototype to a 3D printer using Arduino-based electronics, without any additional features required for hardware use. The plans achieved priority objectives with a fully achievable design, and these plans can be applied by the subscriber if they wish to apply in practice.