Väitös konetekniikan alalta DI Tuomas Puttonen

Vastaväittäjä professori Ian Maskery, University of Nottingham, UK

Valvoja professori Mika Salmi, Aalto yliopisto, Insinööritieteiden korkeakoulu, Konetekniikan laitos

Väittelijän yhteystiedot; [email protected]  p. 050 500 2888

Lisäävä valmistus, eli tuttavallisemmin 3D-tulostus, on siirtymässä prototyyppien valmistuksesta ja tutkimuspöydiltä teollisten lopputuotteiden valmistukseen. Menetelmät mahdollistavat geometrisesti monimutkaisten kappaleiden valmistamisen ilman tuotantotyökaluja. Lisäävissä valmistusmenetelmissä materiaalin paikallinen jäähtyminen on tyypillisesti erittäin nopeaa. Valmistustavan takia materiaaliin muodostuu uniikki, suuntautunut mikrorakenne, jolloin myös kappaleen mekaaniset ominaisuudet riippuvat tulostussuunnasta. Lisäksi prosessissa voi syntyä paikallisia materiaalivirheitä. Geometrisen monimutkaisuuden vaikutusta lopputuotteiden mikrorakenteeseen ja virheiden esiintymiseen ei ole toistaiseksi tutkittu laajalti. Tutkimus kartoittaa lisäävän valmistustavan sekä kappaleiden geometrian ja muodon vaikutusta materiaalien pitkäaikaiskestävyyteen. Millainen vaikutus esimerkiksi tulostussuunnalla, geometrialla tai materiaalivirheillä voi olla metallien korroosioherkkyyteen tai muovien säänkestoon? Lisäävän valmistusprosessin ja tulostussuunnan vaikutusta yksinkertaisten muoviosien säänkestoon tutkitaan kiihdytetyn säätestauksen, vetokokeiden ja murtopinta-analyysin keinoin. Metallien korroosion osalta käsittelyä laajennetaan geometrisesti monimutkaisiin kappaleisiin. Kolmessa ulottuvuudessa toistuvat identtiset ristikkorakenteet ja yksiköt mahdollistavat geometrian koon sekä muodon vaikutuksen tutkimisen kappaleiden korroosioherkkyyden näkökulmasta. Muoviosien säänkestossa ei havaittu merkittäviä valmistusprosessiin tai tulostussuuntaan yhdistettäviä vaikutuksia. Löydös korroosiokokeista viittaa yhteyteen ristikkorakenteiden geometrian koon ja korroosioherkkyyden välillä. Työssä kehitettiin avoimen lähdekoodin sovellusten pohjalle 3D-röntgentomografian analysointimenetelmää, joka mahdollistaa korroosiovaurioiden dynaamisen seurannan ja määrittelyn. Esitelty prosessi on sovellettavissa myös muille tieteenaloille. Epävarmuus materiaalien pitkäaikaiskestävyydessä estää toistaiseksi lisäävän valmistuksen ja suunnittelun vapauden täysimittaisen hyödyntämisen. Työn pohjalta suositellaan jatkotutkimusta erityisesti pienten piirteiden vaikutuksesta mikrorakenteeseen ja materiaalivikoihin. Tarkastus- sekä testauskäytäntöjä tulisi kehittää suuntaan, joka ottaa geometrian monimutkaisuuden ja siihen liittyvät riskit paremmin huomioon.