Robottitulostettu paneelirakenne – demonstraatio materiaalien, prosessien ja jälkikäsittelyn näkökulmasta. Teksti ja kuvat: Antti Alonen, Savonia-ammattikorkeakoulu
Robotisoitu 3D-tulostus tarjoaa konkreettisia mahdollisuuksia erilaisten muovi- ja komposiittirakenteiden valmistamiseen. Materiaalivalikoima on laajentunut nopeasti pellettipohjaisten järjestelmien yleistymisen myötä. Savonia tutki 3DTY -hankkeen demonstraatiossa robottitulos- tuksen käyttämistä paneelirakenteiden valmistuksessa liikku- viin ajoneuvoihin. Ajoneuvoteollisuuden käyttökohteissa materi- aaleilta edellytetään usein UL94 V-0 -luokitusta. Joissakin käyt- tökohteissa materiaalin sammumiskäyttäytymisen lisäksi tulee huomioida myös savunmuodostus. Tässä demonstraatiossa keskityttiin materiaalivalintoihin, tulostusstrategioihin sekä robotisoituun viimeistelyyn. Kappa- le valmistettiin Savonian 3D-tulostuslaboratoriossa robottitu- lostussolussa, joka muodostuu Kuka KR-120 teollisuusrobotis- ta, CEAD-robotextruderista ja Flexmillin jälkikäsittelyjärjestel- mästä. Tavoitteena nopea valmistaminen Tyypillisesti 3D-tulostusprosessissa pyritään materiaalin käy- tön (ja hukan) minimointiin, mutta tämän demonstraation osal- ta tavoitteena oli löytää tutkittavalle käyttökohteelle sellainen tulostusstrategia, joka mahdollistaa nopean valmistamisen. Robottitulostusprosessin haasteena on usein robotin työkalupol- kujen optimointi, erityisesti monimutkaisille kappaleille. Vaik- ka ohjelmistot ovatkin viime vuosina parantuneet, on proses- si vielä työlästä ja hidastaa valmistusta. Tämä nostaa kustan- nuksia ja voi rajoittaa soveltuvuutta yksittäiskappaleiden, kuten varaosien, valmistukseen. Tutkimuksen aikana valmistettiin sama rakenne kahdella eri materiaalilla: KCL Formi -puukuitukomposiitilla sekä kierräte-
tystä PETG:stä valmistetulla, EN13501-1 (B-s1,d0) paloluokituk- sen täyttävällä materiaalilla. Tulostustestit aloitettiin puukui- tukomposiitilla, sillä Savonialla on sen käytöstä kuuden vuo- den kokemus. Molemmat materiaalit soveltuvat hyvin robot- titulostukseen ja robotisoituun jyrsintään. Ne kuitenkin käyt- täytyvät eri tavalla tulostusprosessissa mm. sulatuslämpötilan, tulostusnopeuden ja prosessin lämmönhallintatarpeiden osal- ta. Puukuitukomposiitilla aloittaminen mahdollisti soveltuvan tulostusstrategian testaamisen ennen materiaaliteknisiin haas- teisiin keskittymistä. Paneelirakenteen geometria oli tulostuksen kannalta haasta- va. Paksu seinämävahvuus tuo tulostusprosessiin suurta lämpö- massaa. Suuret tasopinnat, terävät kulmat ja overhang -raken- teet edellyttävät jonkinlaisten tukirakenteiden käyttämistä kap- paleen tulostusasennosta riippumatta. Lopullinen tulostusstrate- gia oli yhdistelmä uhripiirteitä ja ns. planar angled -tulostusstra- tegiaa (35–45°), jossa kappale tulostetaan kulmassa. Kulmassa tulostaminen vähensi tukirakenteiden tarvetta ja paransi kap- paleen kestävyyttä rasitussuunnassa. Koska kappaleessa oli useita tasomaisia piirteitä, olivat jälki- käteen poistettavat uhripiirteet välttämättömiä. Uhripiirteiden Kappaleen tasopinnat viimeisteltiin robottisolussa jyrsimällä. Kuvassa on vielä mukana pois leikattavat tukirakenteet.
käyttö lisää prosessin tulostusaikaa ja materi- aalihävikkiä, mutta niiden avulla kappale voi- tiin valmistaa ilman erillistä muottia. Tuloste- tun kappaleen massa oli 21 kg, mutta lopullisen, jyrsimällä viimeistellyn kappaleen massa vain noin 7 kg. Haasteena lämmönhallinta Yleisesti ottaen demonstraation suurin haaste oli prosessin lämmönhallinta PETG-materiaalia käyttäessä. Esimerkiksi materiaalin vetäytymi- nen jäähtymisen aikana aiheuttaa helposti mm. nurkkien pyöristymistä. Taustalla olevia syitä ovat pursotettavan palon leveys ja materiaalin käyttäytyminen erityisesti terävissä nurkissa tapahtuvissa nopeissa liikkeissä. Tätä kompen-
45 asteen kulmassa tulostaminen mahdollistaa ns. ”tyhjän päälle” tulostamisen.
32 MUOVIPLAST 3/2026
Made with FlippingBook - Online magazine maker