Työkalut ja tarvikkeet

Päivitä työkalupakkiisi tuottavuutta metallitulosteilla

Räätälöity asennustyökalu, asiakastoteutus.

Työn tuottavuuden parantaminen on tuotannollisen toiminnan kehittämisen keskeinen tavoite; haluamme saada enemmän aikaan vähemmällä. Metallin 3D-tulostuksen avulla otetaan pitkiä tuottavuusloikkia. Tapoja tähän on monia; käsittelemme seuraavassa metallitulostettuja asennusja muita työkaluja sekä kiinnittimiä.

Tunnista mahdollisuudet

Onko tuotannossasi iloinen tekemisen meininki vai säestääkö työntekoa tyytymätön mutina? Onko työkaluihin satsattu jo pitkä penni, mutta silti työ takkuaa? Vaatiiko työn tekeminen päivästä toiseen energiaa kuluttavaa, jopa mahdottoman tekemistä mahdolliseksi? Ovatko työstökoneiden kiinnittimet kohtuuttoman kalliita, silti käytössä aikaa vieviä ja virittelyä vaativia? Erilaisia haastavia tilanteita löytyy monilta teollisuuden aloilta ja hyvin monenlaisilta valmistus- ja asennuslinjoilta, matka-asennuskohteista puhumattakaan.

Muun muassa hydrauliikkalohkojen letkuliitäntöjen kiristämiseen voi olla vaikea löytää täysin soveltuvia vakiotuotteita kaupan hyllystä. Tyypillinen ongelma kiristystyökaluissa on liian suuri leukahalkaisija; työkalulla ei vain mahdu kiristämään sitä mitä pitäisi ja siten kuin pitäisi. Kun kaupalliset työkalut ovat liian isoja tai jättävät muuten toivomisen varaa, voimme tulostamalla tehdä mihin tahansa työvaiheeseen käteen käyvän ratkaisun, jolla työ sujuu nopeasti ja vaivattomasti.

Puolikas pultinkiristin työkaluteräksestä (MS1). Kanaviston testattu paineenkesto yli 500 baaria (Merinova-hanke).

Metallitulostuksen tarjoaman muodon vapauden myötä voidaan toteuttaa koneistuksen tehostamiseksi kiinnittimiä, jotka tukevat täydellisesti koneistettavaa kappaletta ja ovat helppoja ja nopeita käyttää. Erilaiset tarttujat voidaan tulostettuna valmistaa kevennettyinä juuri oikeaan tarpeeseen.

Tulostamalla toteutus onnistuu kustannustehokkaasti yksittäiskappaleista pieniin tai suuriin sarjoihin. Koska moni perinteisesti valmistettuihin tuotteisiin liittyvä lainalaisuus on metallitulostuksessa toisin, ei yksittäisten työkalujen hinta merkittävästi eroa sarjatuotteista. Työkalujen merkitsemisen saa tulostuksessa kaupan päälle. Työkaluun voidaan merkitä vääntömomentti, sarja- tai tuotenumero, koko ja muu tärkeä tieto. On siis hyvä ajatus unohtaa aikaa ja energiaa vievät virittelyt ja ottaa tuottavuusloikka metallitulostuksella.

Kerralla valmista tulostamalla

Tulostuksella voidaan luoda muotoja ja rakenteita, jotka eivät perinteisillä valmistusmenetelmillä synny. Koneistamalla hankalasti ja kalliisti toteutettavia rakenteita voidaan usein toteuttaa kustannustehokkaammin tulostamalla.

Tulostamalla rakenteet voidaan tehdä tyypillisesti kerralla valmiiksi, ilman muita työvaiheita. Useimmiten tulosteen tarkkuus riittää suoraan käyttökohteeseen tai koneistustarve on vähäinen. Kun tämän lisäksi liittämisen ja kokoonpanon tarve vähenee tai poistuu kokonaan, logistiikkaa ja työvaiheita säästyy. Tämä tuo niin rahallisia kuin ajallisiakin säästöjä ja tukee kestävän kehityksen periaatteita. Myös liitosten mahdollisesti aiheuttama rikkoutumisriski poistuu.

”Tulostamalla rakenteet voidaan tehdä tyypillisesti kerralla valmiiksi.

Metallitulostettu irrotustyökalu, taaempana alkuperäinen ja edessä kevennetty versio. Pintakäsitelty. Asiakastoteutus.

Tulosteet kestävät kevyesti

Työkaluteräs (MS1) on yleinen työkaluissa käytettävä materiaali. Sen lujuus ja kovuus riittävät myös vaativiin käyttökohteisiin. Paikkansa on myös esimerkiksi ruostumattomalla teräksellä, alumiinilla, titaanilla ja Inconeleilla.

Tulostettu materiaali on vähintään yhtä hyvää kuin perinteisemmin valmistettu. Materiaalivaihtoehtoja löytyy useita, olennaista onkin rohkeasti poiketa aiemmin totutusta materiaalista.

Materiaalin valinnan pohjalla tulee olla käyttötarkoitus ja vaadittu suorituskyky. Koneaika on merkittävin tekijä metallitulosteiden hinnanmuodostuksessa. Nopeasti tulostettavan materiaalin, kuten esimerkiksi titaanin, hintataso voikin yllättää varsin positiivisesti. Kun tulostamalla voidaan ottaa käyttöön aiemmin kalliilta tuntuneita materiaaleja, saadaan työkaluihin aivan uuden tason kestävyyttä ja työkalujen käyttöikä pitenee.

Äärimmäisen lujat materiaalit mahdollistavat rakenteiden keventämisen ja pienentämisen, joka taas mahdollistaa myös ympäröivän kokonaisuuden uudelleen tarkastelun.

Yksilöllistä ergonomiaa

Metallitulosteet pyritään ensisijaisesti suunnittelemaan niin, että niissä on mahdollisimman vähän materiaalia. Mietitty materiaalivalinta on tässä tärkeässä roolissa. Rakennetta keventämällä minimoidaan tulostuskustannus.

Asennus- ja muissa työkaluissa kevytrakenteiset ratkaisut erottuvat perinteisesti tuotetuista, järeämmistä asennustyökaluista. Tämä parantaa työskentelyergonomiaa niin asennuslinjoilla kuin huoltotöissä. Myös huoltotöiden logistiikka hyötyy, kun siirreltävää on vain murto-osa aiemmasta.

Kun samalla henkilöllä on toistuvasti samoja työtehtäviä, voidaan työkalut kustomoida hänelle henkilökohtaisesti. Räätälöity ratkaisu tekee työnteosta entistä sujuvampaa sekä lisää motivaatiota ja tehokkuutta.

Metallitulostuksella toteutetaan kustannustehokkaasti yksittäisiäkin tarttujia.

Turvallisuus ennen kaikkea

Työkalujen mitoitus vaatii huolellista tarkastelua, onhan työnteon oltava kaikissa olosuhteissa turvallista. Ratkaisu kulloiseen käyttökohteeseen syntyy muodon, mittojen, materiaalin ja lämpökäsittelyn kokonaisuudesta.

Esimerkiksi kiristystyökalussa leukojen jäykkyys asettaa tyypillisesti mitoitusperusteen. On syytä tavoitella mahdollisimman jäykkää rakennetta ja siten pienintä mahdollista muodonmuutosta; leuka ei saa aueta kiristettäessä. Työkalua suunnitellessa täytyy myös saavuttaa riittävä varmuuskerroin vääntömomentille, jotta työkaluun voidaan luottaa.

Samaan aikaan on viisasta pyrkiä tuottamaan mahdollisimman kevyt ja pieni ratkaisu; sen lisäksi, että itse kehitystarve perustuu kokoon ja mahtumiseen, myös ergonomia ja työkalun valmistuskustannus riippuvat ratkaisun lopullisesta koosta ja painosta.

Eräässä asiakkaan toteutuksessa työkalun mitoituksen vaatimukseksi asetettiin minimissään kolmen varmuuskerroin työkalun nimelliseen vääntömomenttiin nähden. Käytännössä mitoitus tapahtui kuitenkin kiristysleukojen jäykkyysvaatimuksen pohjalta, ja vääntömomentin osalta varmuudeksi tuli esimerkkitapauksessa reippaasti yli viisi eli vasta yli viisinkertainen vääntömomentti suhteessa työkalun nimelliseen momenttiin aiheutti tehdyssä simuloinnissa sekä sittemmin testissä kappaleen murtumisen.

Murtuminen ei tässä tapauksessa ollut yllätys, sillä simulaatio näytti hyvin tarkasti momentin sekä paikan, josta työkalu kuormaa lisättäessä lopulta hajoaisi. Leuka murtui testissä yli viisinkertaisella momentilla nimelliseen nähden. Voidaan siis perustellusti todeta, että siro ja kevyt metallitulostettu työkalu on oiva työkalu kovaan käyttöön. Tarkastellussa asiakassovelluksessa MS1-työkaluteräksestä tulostettu kiintoavain otti kaksinkertaisesti voimaa vastaan pienemmillä muodonmuutoksilla kuin kaupallinen vakiotuote.

3D-tulostettu työkalu taivutuskokeessa.

Mahdollisuudet kertautuvat

Kun vauhtiin on päästy, on parasta laittaa hyvä kiertämään. Onnistumisia voidaan moninkertaistaa, vaikka sarjana erikokoisia, räätälöityjä työkaluja, niin kokoonpanolinjoille kuin huoltotoimen käyttöön reissun päälle. Kiinnittimiä voidaan toteuttaa varsin kustannustehokkaasti ja räätälöidysti pienemmillekin sarjoille ja kasvattaa suurien sarjojen valmistuksessa tuottavuutta helppokäyttöisyydellä. Mahdollisuuksien rajana on vain mielikuvitus.

Laskenta ja simulointi ja haluttaessa myös testaus ovat metallitulostuksen kanssa menetelmiä, joilla päästään optimaalisiin ratkaisuihin nopeasti ja riskittömästi. Koska kokemus tuo rohkeutta hakea ratkaisuja, kokeilemaan kannattaa lähteä nopeasti.

Jokaisella organisaatiolla on omat kehityspolkunsa ja prosessit. Moni yritys on todennut parhaiden kehitysideoiden työkaluihin tulevan työn parhaiten tuntevilta, eli tekijöiltä itseltään. Onkin tärkeä löytää innostava ja turvallinen ilmapiiri ideoida ja kehittää, metallitulostuksella lennokkaatkin ideat saadaan toteutettua.

Räätälöidyn tuotteen valmistaminen voi tuntua kalliilta ja työläältä, mutta metallitulostusta hyödyntämällä tavoitteisiin voidaan päästä helpommin. Päivittäisestä turhautumisesta ja tuottavuuden nakertajasta on tärkeää päästä eroon.

On siis aika suunnitella sutjakammat, juuri tarpeeseen käyvät työkalut ja kiinnittimet, poistaa aikavarkaat ja tukea iloista, tuottavaa tekemistä kaikkialla teollisuudessa.

Teksti: Marja-Leena Mäkinen
Kuvat: Delva Oy

Seuraa prometalli

prometalli uutiskirje