Material needs of Finnish metal and mechanical engineering industry from the perspective of additive manufacturing
Korpela, Markus (2019)
Diplomityö
Korpela, Markus
2019
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201903057098
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201903057098
Tiivistelmä
Aim of this master thesis was to find out which specific metal materials are the most widely used by Finnish metal and mechanical engineering industry. Other goals were to find out are the materials additively manufacturable and which materials are generally available by Finnish pure commercial metal additive manufacturing service providers or by system producers. In addition, properties of the materials available by the service providers were examined and compared with the properties of conventionally manufactured ones via a literature review. A quantitative survey for Finnish metal and mechanical engineering industry was executed and a total of 78 companies were interviewed. This thesis focused on steels and aluminums from the perspective of laser-based powder bed fusion.
18 % of materials answered in the survey were available by one or more laser-based powder bed fusion system producers. 78 % of all materials were steels, 16 % aluminum alloys and rest other metals. 35 % of the steels were strucural steels, and 30 % were stainless steels. All the stainless steels were either 304, 304L, 316, 316L or their EN equivalents. 92 % of the structural steels were S355 and S235 steels. 31 % of the aluminum alloys were directly available by one or more system producers.
82 % of the companies had never tried metal additive manufacturing by own machine nor by subcontracting. 51 % of these companies answered that they have not had need for that. 40 % of the companies told that lack of expertise was one of the reasons.
Systematic knowledge about the properties of metal additive manufacturing parts is missing and the repertoire of available materials is still very limited. Basic mechanical properties of metal additive manufacturing parts have been reported to be on par with their correspondents of conventional materials, but that is not always the case. Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää, mitkä ovat suomalaisen metalli- ja konepajateollisuuden eniten käyttämiä metallimateriaaleja, ovatko nämä materiaalit lisäävästi valmistettavissa sekä löytyvätkö materiaalit suomalaisten metallien lisäävän valmistuksen palveluntarjoajien valikoimista tai tarjoavatko laitevalmistajat niitä. Saatavilla olevien materiaalien ominaisuuksia verrattiin kirjallisuustutkimuksena perinteisillä menetelmillä valmistettujen kappaleiden ominaisuuksiin. Kone- ja metalliteollisuuden yrityksiä haastateltiin kvantitatiivisen kyselyn avulla. Yhteensä 78 yritystä haastateltiin. Tämä työ keskittyi teräksiin ja alumiineihin lasersädettä hyödyntävän jauhepetisulatuksen näkökulmasta.
18 % kyselyssä vastatuista materiaaleista oli saatavilla suoraan lasersädettä hyödyntävien laitteiden valmistajien materiaalivalikoimista. 78 % materiaaleista oli teräksiä, 16 % alumiiniseoksia ja loput muita metallimateriaaleja. 35 % teräksistä oli rakenneteräksiä ja 30 % ruostumattomia teräksiä. Kaikki ruostumattomat teräkset olivat joko 304, 304L, 316, 316L tai näiden EN-vastaavia. 92 % rakenneteräksistä oli S355- tai S235-luokan rakenneteräksiä. 31 % vastatuista alumiiniseoksista oli suoraan saatavissa yhden tai useamman laitevalmistajan materiaalivalikoimasta. 82 % yrityksistä eivät olleet koskaan kokeilleet metallien lisäävää valmistusta omalla laitteella tai alihankintana. 51 % näistä yrityksistä kertoi syyksi, että heillä ei ole ollut tarvetta. 40 % vastasi tietotaidon puuttumisen olleen syynä siihen, ettei metallien lisäävää valmistusta oltu kokeiltu.
Systemaattinen tieto metallien lisäävällä valmistuksella valmistettujen kappaleiden mekaanisista ominaisuuksista puuttuu, sekä saatavilla olevien materiaalien valikoima on edelleen rajallinen. Tutkimusten mukaan mekaaniset ominaisuudet ovat lähtökohtaisesti samalla tasolla perinteisesti valmistettujen vastakappaleiden kanssa, mutta eivät kuitenkaan aina.
18 % of materials answered in the survey were available by one or more laser-based powder bed fusion system producers. 78 % of all materials were steels, 16 % aluminum alloys and rest other metals. 35 % of the steels were strucural steels, and 30 % were stainless steels. All the stainless steels were either 304, 304L, 316, 316L or their EN equivalents. 92 % of the structural steels were S355 and S235 steels. 31 % of the aluminum alloys were directly available by one or more system producers.
82 % of the companies had never tried metal additive manufacturing by own machine nor by subcontracting. 51 % of these companies answered that they have not had need for that. 40 % of the companies told that lack of expertise was one of the reasons.
Systematic knowledge about the properties of metal additive manufacturing parts is missing and the repertoire of available materials is still very limited. Basic mechanical properties of metal additive manufacturing parts have been reported to be on par with their correspondents of conventional materials, but that is not always the case.
18 % kyselyssä vastatuista materiaaleista oli saatavilla suoraan lasersädettä hyödyntävien laitteiden valmistajien materiaalivalikoimista. 78 % materiaaleista oli teräksiä, 16 % alumiiniseoksia ja loput muita metallimateriaaleja. 35 % teräksistä oli rakenneteräksiä ja 30 % ruostumattomia teräksiä. Kaikki ruostumattomat teräkset olivat joko 304, 304L, 316, 316L tai näiden EN-vastaavia. 92 % rakenneteräksistä oli S355- tai S235-luokan rakenneteräksiä. 31 % vastatuista alumiiniseoksista oli suoraan saatavissa yhden tai useamman laitevalmistajan materiaalivalikoimasta. 82 % yrityksistä eivät olleet koskaan kokeilleet metallien lisäävää valmistusta omalla laitteella tai alihankintana. 51 % näistä yrityksistä kertoi syyksi, että heillä ei ole ollut tarvetta. 40 % vastasi tietotaidon puuttumisen olleen syynä siihen, ettei metallien lisäävää valmistusta oltu kokeiltu.
Systemaattinen tieto metallien lisäävällä valmistuksella valmistettujen kappaleiden mekaanisista ominaisuuksista puuttuu, sekä saatavilla olevien materiaalien valikoima on edelleen rajallinen. Tutkimusten mukaan mekaaniset ominaisuudet ovat lähtökohtaisesti samalla tasolla perinteisesti valmistettujen vastakappaleiden kanssa, mutta eivät kuitenkaan aina.