Ainetta lisäävien menetelmien käyttö metallisissa varaosissa varaosaliiketoiminnassa

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Date
2016-05-16
Department
Major/Subject
Tuotantotekniikka
Mcode
K3002
Degree programme
Konetekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
55
Series
Abstract
Aktiivinen ylläpito pidentää laitteiden elinikää usein merkittävästi. Vaikka laitteen varsinainen tuotanto on voinut loppua kymmeniä vuosia aikaisemmin, varaosien kysyntä saattaa silti yhä olla tasaista. Varaosien tarvetta ja saatavuutta tulisi kyetä ennustamaan etukäteen, jotta varastointikustannukset voitaisiin minimoida. Sen sijaan, että kymmenien vuosien osatarve valmistettaisiin varastoon säilytettäväksi, voitaisiin osat valmistaa myös tarveperustaisesti. Kuitenkin esimerkiksi valettujen kappaleiden valmistuksessa käytettävillä muoteilla on tietty kestoikä, jonka jälkeen nämä tulisi uusia. Siten yksittäisen osan valmistaminen voi tulla ajoittain erittäin kalliiksi. Varaosaliiketoiminnassa tarvitaankin joustavia valmistusmenetelmiä, joiden avulla kappaleet saadaan ripeästi valmistettua sopivalla yksikkökustannuksella Tässä diplomityössä tutkittiin metallisten varaosien tarveperustaista valmistamista ainetta lisäävin menetelmin. Kokeellisena tutkimuksena valmistettiin jauhepetitekniikkaa käyttäen kaksi varaosaa, kotelo sekä akseli. Tavoitteena oli tutkia, miten kappaleiden laatu, kustannukset sekä toimitusajat vertautuvat perinteisesti käytettyihin valmistusmenetelmiin ja osien suoravalmistukseen aihiosta koneistamalla. Lisäksi vertailua tehtiin kahden eri jauhepetitekniikkatoimittajan välillä. Laatua tarkasteltiin mittaamalla kappaleiden massaa, pinnankarheutta, pintakovuutta, mikrorakennetta, vetolujuutta, iskusitkeyttä, kemiallista koostumusta, mittatarkkuutta, öljyn läpäisevyyttä sekä koneistettavuutta. Valmistuskustannuksia sekä toimitusaikaa tutkittiin tilausprosessin tietojen kautta. Tutkimuksessa havaittiin, ettei näille kappaleille AM-valmistuksen mittatarkkuus ollut riittävä, vaan ne tuli koneistaa ennen käyttöä. Lisäksi esimerkiksi akselissa jouduttiin hyödyntämään toimittajan ehdottamaa maraging-terästä, sillä alkuperäisiä vastaavia materiaaleja ei ollut saatavilla jauhepetitekniikassa. Näin ollen AM-valmistetun akselin pinta ei ollut yhtä kovaa verrattuna alkuperäismateriaaliin. Lisäksi mitattujen alumiinin kimmomoduulien havaittiin eroavan huomattavasti toimittajan odotusarvosta, joka toimittajan mukaan saattoi johtua materiaaliominaisuuksien anisotropiasta. Myös muissa materiaaliominaisuuksissa havaittiin eroa alkuperäismateriaaleihin nähden. Näin ollen jauhepetitekniikan soveltuvuutta tietyn osan valmistukseen tulee harkita ja koestaa erikseen. Tutkittujen kappaleiden osalta näyttäisikin taloudellisesti kannattavammalta suoravalmistaa ne tarveperustaisesti aihiosta koneistamalla.

The lifetime of a certain equipment can be long if it is maintained properly. There might still be a steady need for the spare parts even though the original manufacturing has ended decades ago. In order to reduce the warehousing costs, forecasting is required to anticipate the upcoming demand and availability of the spare parts. Nevertheless, it is expensive to stock the items. The other option is to avoid stocking them at all and to manufacture them on an on-demand basis. The challenge is that in case of casted parts the manufacturing is dependent on the molds, which have a usage limit. Eventually, they will wear out and new molds are needed. Hence, producing single parts can be remarkably expensive at certain points. The spare parts business requires flexible manufacturing processes that are capable of producing the parts swiftly while the unit costs remain reasonable. In this thesis, the manufacturing of metallic spare parts by additive manufacturing on an on-demand basis was researched. A shaft and a housing were produced using a powder bed fusion process. The objectives were to find out in which way the quality, manufacturing costs and delivery times of the parts compare to the original spare parts or against machining the parts out of a block. In addition, benchmarking was conducted between two suppliers of the powder bed fusion process. The quality of the parts was inspected by measuring the following properties of the parts: weight, surface roughness, surface hardness, microstructure, tensile strength, impact energy, chemical composition, dimension accuracy, oil permeability and machinability. The manufacturing costs and the lead times were gathered from the order process. The major finding was that the dimensional accuracy of the powder bed fusion process was not sufficient for these parts, thereby requiring post-process machining prior to the use. In addition, no respective materials were available and therefore maraging steel was chosen. Thus, the surface hardness was lower than was required. In addition, the measured modulus of elasticity values for aluminum were found substantially lower than anticipated, to which the supplier suggested it was due to the anisotropy of the material properties. Furthermore, the other material properties were found to be different to the original spare parts. Therefore, the applicability of the process should be considered on a per part basis and the real world performance of the part should be tested. Related to the costs, it was found to be more economically feasible to produce these parts using milling.
Description
Supervisor
Partanen, Jouni
Thesis advisor
Sunio, Juha
Kleinhans, Peggy
Keywords
3D tulostaminen, ainetta lisäävä valmistus, jauhepetitekniikka, tarveperustainen valmistus, varaosa, laatu
Other note
Citation