3D-tulostettujen työkalujen testipenkki

Abstract

Tämä opinnäytetyö tehtiin Wärtsilä Hub For Additive Manufacturing AM-Campus -osastolle. AM-Campuksella 3D-tulostetuille työkaluille tehdään topologista optimointia ja lujuuslaskentaa FEM-ohjelmilla. Aikaisemmin 3D-tulostettuja työkaluja testattiin pelkästään käytännössä tuotannossa. AM-Campus tarvitsi 3D-tulostettujen työkalujen testipenkin, jolla voidaan suorittaa erilaisten työkalujen testaamista turvallisesti, nopeasti ja tallentaa tuloksia. Halutut tulokset olivat työkalun suunnitellun maksimi vääntömomentin testaaminen ja sen mittaaminen, sekä muodonmuutosten mittaaminen. Joten, työn aiheena oli suunnitella, valmistaa ja testata kyseinen testipenkki. Opinnäytetyössä käytettävä menetelmä on kehitystyö, jonka lähestymistapoja ovat tapaustutkimus ja innovaatioiden tuottaminen.

Ensiksi lähdettiin selvittämään, että onko jo olemassa vastaavia testipenkkejä ja kuinka työkaluja voidaan testata. Sitten kun löytyi sopiva konsepti, aloitettiin tutkimaan testipenkin fysikaalista puolta ja matemaattista puolta. Sitten kun teoriapuoli oli selvitetty, niin suunniteltiin voiman tuotto ja testipenkin rakenne, jotta sillä voidaan testata lähes kaikenlaisia työkaluja ja saada tuloksia talteen. Lisäksi tutkittiin mahdollisia aiheeseen liittyviä standardeja.

Testipenkin komponentit, kokoonpanot mallinnettiin ja piirrettiin Siemens NX 3D -mallinnusohjelmalla. FEM-lujuuslaskelmia ja hitsauslaskelmia yritettiin tehdä itse. Mutta koska itse lasketut tulokset olivat epäluotettavia, teki Etteplan Oy FEM-lujuuslaskelmat. Testipenkin osia valmistettiin itse, 3D-tulostamalla ja muokkaamalla olemassa olevia komponentteja. Isoimmat osakokonaisuudet valmistivat SOP-Metal Oy ja Easy-Systems Oy. Tuloksien tallentamiseen käytettiin kameraa ja vääntömomentti antureita.

Lopputuloksena saatiin toimiva vaatimusten mukainen testipenkki, jolla voidaan testata lähes kaikenlaisia työkaluja ja saadaan tarvittavat tulokset talteen testeistä.

This thesis was done for the Wärtsilä Hub for Additive Manufacturing AM-Campus department. At the AM-Campus, topological optimization and strength calculations using FEM software were carried out on 3D printed tools. Previously 3D printed tools at the AM-campus were only tested in practice in production. The AM-Campus needed a testbench for 3D printed tools which can be used to perform the testing of various tools safely, quickly and to record results. The desired result was the possibility to test the maximum designed torque of the tool and measuring it and also measuring deformations. Therefore, the topic of the thesis was to design, manufacture and test this testbench. The method used in the thesis is development work. The approaches are case study and producing innovations.

First, research was done to find out if tool testbenches already exist and how tools can be tested in general. When a suitable concept was found, research on the physical properties and required mathematical calculations of the testbench started. When the theory was settled, the design of the force output and testbench structure started, so the testbench can be used to test almost all kinds of tools and record results. In addition, possible standards related to the topic were studied.

The components and assemblies of the testbench were modelled and drawn with the Siemens NX 3D modelling program. There was an attempt to do the FEM calculations and welding calculations, but since the self-calculated results were unreliable, Etteplan Oy did the FEM calculations. The parts of the testbench were produced at Wärtsilä, by 3D printing and modifying existing components. The largest subassemblies were manufactured by SOP-Metal Oy and Easy-Systems Oy. A camera and torque transducers were used to record the results.

The final result of the thesis was a functional testbench that meets the requirements which can be used to test almost all kinds of tools and record the necessary results from the tests.