Tekes projekti SuperMachines loppuraportti

Tutkimuksessa kerättiin best practice aineistoa ja kehitettiin internet alusta kerätyn aineiston tutkimiseen ja hakujen suorittamiseen. Aineisto löytyy internet osoitteesta: http://www.amcase.info/. Rekisteröitymällä kuka vain voi syöttää alustalle lisää aineistoa. Kappaleiden suunnitteluohjeet on julkaistu Suomen pikavalmistusyhdistyksen sivuilla: http://firpa.fi/html/am-tietoa.html. Ohjeesta löytyy mm. suositeltu minimi seinämänvahvuus, suositellun pienimmän yksityiskohdan koko, tyypillinen markkinoilta löytyvä rakennuskammin koko, sekä tyypilliset materiaalit. Valmiiden kokoonpanojen ja mekanismien suunnitteluun muodostettiin Objet 30 ja UPrint SE+ laitteelle ohjeistus josta löytyy pienin radiaalinen välys, aksiaalinen välys, sekä pienin rako riippuen rakennussuunnasta. Tutkimusprojektin aikana seurattiin alan teknologian kehitystä. Kahden vuoden aikana markkinoille ilmaantui noin. 50 uutta laitevalmistajaa, sekä noin 300 erilaista laitetta, sekä lukuisia materiaaleja. Merkittävimmät uudistukset listattiin ja pohdittiin mahdollisia kehityssuuntia. Kaikki uudet toimijat ja laitteet päivitettiin Firpan ylläpitämään tietokantaan: http://firpa.fi/html/am-tietoa.html. Markkinoilla on selvä suuntaus tuotantokomponenttien valmistamiseen, kotitulostimien hintojen laskemiseen, sekä isompien kappaleiden valmistamiseen. Muovilevy komponenttien muovaamista tutkittiin laserin ja alipaineen avulla DDShape laitteella. Laitteella onnistuttiin tekemään testikappaleita ja laitetta saatiin kehitettyä eteenpäin. Laitteiston kehittämiseksi ja kaupallistamisen tueksi Tekes on myöntänyt "Tutkimusideoista uutta tietoa ja liiketoimintaa" (TUTLI) rahoituksen. ISF mini projektissa onnistuttiin kehittämään edullinen pienten kappaleiden painomuovauskone. Samalla kartoitettiin laitteelle soveltuvat parametrit ja rajoitukset. Laseravusteisella muovaamisella päästään kuparilla isompaan seinämän kaltevuuteen ja pinnalaatu pysyy hyvänä. Teräksellä laserista ei ollut juuri hyötyä ja alumiinilla muovattavuus kyllä parani, mutta pinnalaatu huononi. AM kappaleiden viimeistelykoneistuksessa tutkittiin muovisten kappaleiden viimeistely jyrsimällä, sekä metallikappaleiden automaattista hiontaa. Jyrsinnässä vertailtiin eri menetelmillä tehtyjä kappaleita, sekä mitattiin kappaleiden mittatarkkuutta ja geometrisia toleransseja. Huonosta kotitulostimella tehdystä kappaleesta on vaikea saada hyvää kappaletta vaikka se viimeisteltäisiin koneistamalla. Suurimmat ongelmat liittyvät kappaleiden vääntymiseen johtuen lämpöjännityksistä valmistusprosessin aikana. Kappaleiden automaattisessa hionnassa parhaat tulokset saatiin DMLS kappaleille käyttämällä hionta-aineena teräshauleja ja pyörittämällä niitä hiottavat kappaleen kanssa rummussa. Ra arvo parani tällöin noin seitsemästä mikrometristä kolmeen mikrometriin

Patient-Specific Bioimplants and Reconstruction Plates for Mandibular Defects: Production Workflow and In Vivo Large Animal Model Study

A major challenge with extensive craniomaxillofacial bone reconstruction is the limited donor-site availability to reconstruct defects predictably and accurately according to the anatomical shape of the patient. Here, patient-specific composite bioimplants, consisting of cross-linked poly(trimethylene carbonate) (PTMC) networks and beta-tricalcium phosphate (beta-TCP), are tested in vivo in twelve Gottingen minipigs in a large mandibular continuity defect model. The 25 mm defects are supported by patient-specific titanium reconstruction plates and receive either osteoconductive composite bioimplants (PTMC+TCP), neat polymer network bioimplants (PTMC), autologous bone segments (positive control), or are left empty (negative control). Postoperatively, defects treated with bioimplants show evident ossification at 24 weeks. Histopathologic evaluation reveals that neat PTMC bioimplant surfaces are largely covered with fibrous tissue, while in the PTMC+TCP bioimplants, bone attached directly to the implant surface shows good osteoconduction and histological signs of osteoinductivity. However, PTMC+TCP bioimplants are associated with high incidence of necrosis and infection, possibly due to rapid resorption and/or particle size of the used beta-TCP. The study highlights the importance of testing bone regeneration implants in a clinically relevant large animal model and at the in situ reconstruction site, since results on small animal models and studies in nonloadbearing areas do not translate directly.Peer reviewe

Digital Spare Parts

Published by Aalto University and VTT Technical Research Centre of Finland.Digital spare parts is a concept where the spare parts and the related manufacturing data are stored and transferred in digital form. The spare parts are manufactured using 3D printing according to need, usually close to the end user’s premises. The digitalisation of spare parts aims for a better, more flexible and quicker availability of spare parts, and lower storage, manufacturing and transport costs. The quicker delivery of spare parts can also reduce downtime, which can mean significant cost savings. It is essential in the digitalisation of the companies' spare parts to find the parts in the spare part libraries that bring the greatest benefit when they are stored in digital form and manufactured by 3D printing. Such parts include, in particular, parts of old equipment and machines and slowly circulating parts with complex geometries. Today, 3D printing can be used to manufacture high-performance pieces, and the method is excellently suited to the manufacturing of individual pieces or short-run batches; it also allows the improvement of the spare parts, with updated and intelligent spare parts as examples. Information on a company's spare parts is scattered between multiple systems, and manufacturing data in particular may be difficult to find. At the initial stage, it is important to identify the 3D printable parts in the spare part libraries and digitalise them, not only with regard to 3D models but all other manufacturing data from materials and tolerances to the required post-processing data. The digitalisation of spare parts requires 3D design competence, knowledge of the 3D printing processes, and familiarisation with the printable materials. Spare parts are rarely designed to be manufactured by 3D printing; on the other hand, the selection of 3D printable materials remains reasonably limited, due to which situations where a part is manufactured from a replacement material will likely occur. 3D printing processes produce their own kind of a structure and surface finish, due to which the post-processing of 3D printable parts, such as heat treatments and finishing, must be carefully chosen. The goal is that the properties of parts manufactured by 3D printing are at least as good as those of conventionally manufactured parts. The vision of the roadmap for digital spare parts presented in the report is that after ten years or so, 10% of spare parts are digital, and the manufacturing technology is reliable and is of a high quality. In other words, quality verification, the extension of the related material selection and the automation of processes are required of the 3D printing technologies. 3D printing creates new possibilities for the development of the operation of parts, equipment or entire processes. IDs and sensors can be embedded into 3D printed parts, allowing the tracking of their movement in the supply network and anticipatory condition monitoring. A spare part of the future will be able to automatically order a new part from a digital spare part library so that it can be replaced by the new part just at the right time before the machine breaks down or the process stops

Digitaaliset varaosat

Aalto-yliopiston ja Teknologian tutkimuskeskus VTT:n yhteisjulkaisu.Digitaaliset varaosat on konsepti, jossa varaosat ja niihin liittyvä valmistustieto säilytetään ja siirretään digitaalisessa muodossa. Varaosien valmistus tapahtuu 3D-tulostamalla tarpeen mukaan yleensä lähellä loppukäyttäjää. Varaosien digitalisoinnilla tavoitellaan parempaa, joustavampaa ja nopeampaa varaosien saatavuutta sekä pienempiä varastointi-, valmistus- ja kuljetuskustannuksia. Nopeammalla varaosien toimittamisella voidaan myös pienentää seisokkiaikoja, mikä voi tarkoittaa merkittäviä kustannussäästöjä. Oleellista yritysten varaosien digitalisoinnissa on löytää varaosakirjastoista ne osat, joiden säilyttämisestä digitaalisessa muodossa ja valmistamisesta 3D-tulostamalla saadaan suurin hyöty. Tällaisia osia ovat etenkin vanhojen laitteiden ja koneiden osat sekä hitaasti kiertävät osat, jotka ovat geometrialtaan monimutkaisia. 3D-tulostamalla voidaan nykypäivänä valmistaa suorituskykyisiä kappaleita ja menetelmä soveltuu erinomaisesti yksittäiskappaleiden tai pienten sarjojen valmistamiseen. Digitaalinen valmistus antaa myös mahdollisuuden kehittää varaosia, mistä esimerkkinä voidaan mainita päivitetyt ja älykkäät varaosat. Tiedot yritysten varaosista ovat hajallaan monissa järjestelmissä ja varsinkin valmistukseen liittyvää tietoa voi olla vaikea löytää. Alkuvaiheessa on tärkeää tunnistaa 3D-tulostettavat osat varaosakirjastoista ja digitalisoida osat mukaan lukien niin 3D-mallit kuin kaikki muu valmistustieto materiaaleista ja toleransseista tarvittaviin jälkikäsittelytietoihin. Varaosien digitalisointi vaatii 3D-suunnitteluosaamista sekä 3D-tulostusprosessien tuntemusta ja tulostettaviin materiaaleihin perehtymistä. Varaosia on harvoin tarkoitettu valmistettavaksi 3D-tulostamalla ja toisaalta 3D-tulostettavien materiaalien valikoima on vielä kohtuullisen rajallinen, mistä syystä joudutaan todennäköisesti tilanteisiin, joissa valmistetaan osa jostakin korvaavasta materiaalista. 3D-tulostusprosessit tuottavat omanlaista rakennetta ja pinnanjälkeä, mistä syystä myös 3D-tulostettavien osien jälkikäsittelyt kuten lämpökäsittelyt ja viimeistelyt on valittava huolellisesti. Tavoite on, että 3D-tulostamalla valmistettujen osien ominaisuudet ovat vähintään yhtä hyvät verrattuna perinteisesti valmistettuihin osiin. Raportissa esitetyn digitaalisten varaosien tiekartan visio on, että noin kymmenen vuoden päästä 10% varaosista on digitaalisia ja valmistusteknologia on luotettavaa ja laadukasta. 3D-tulostusteknologioilta edellytetään siis laadun tosittamista, niihin liittyvän materiaalikirjon laajenemista sekä prosessien automatisointia. 3D-tulostaminen avaa uusia mahdollisuuksia kehittää osien, laitteiden tai kokonaisten prosessien toimintaa. 3D-tulostettuihin osiin voidaan upottaa tunnisteita ja sensoreita, joiden avulla voidaan seurata osien liikkumista toimitusverkostossa sekä suorittaa ennakoivaa kunnonvalvontaa. Tulevaisuuden varaosa osaa tilata automaattisesti uuden osan digitaalisesta varaosakirjastosta, jolloin uusi osa saadaan vaihdetuksi kuluneen tilanne juuri oikeaan aikaan ennen koneen rikkoutumista tai prosessin pysähtymistä

Muutospyyntöjen tietämyksenhallinta globaalissa tuotetiedonhallinnassa

Change Management is a core part of Product Lifecycle Management (PLM). Agile management of the changes is a valuable company competence, providing the ability to adjust to different and changing needs on the market. Also ensuring the long term cost effectiveness in production, and implementations of new technologies in products are the main functions of Change Management. Agile Change Management is based on human competences, intelligent information resources and knowledge. In system tool development; understanding the knowledge accumulation based on information collected is essential in order to address efforts for reaching better products, services, and supporting tools. In this study, several aspects were considered to enhance the efficiency of Change Management process and speed of change procedures. The existing Change Management system was enriched with a concept of several new features enabling knowledge explication, information reuse and process, based on natural practices, that has wide user-acceptance. Material for the study was collected through questionnaire and half-structural interviews, and by examining the current process documentation and observing the system tools. The results were achieved with statistical analysis and research material analysis, synthesis, and observations combined with heuristic and constructive research methods. Main results found was that current Change Request system did not harvest enough data and information to form knowledge repositories. Several developments were suggested to empower the Lifecycle management team with knowledge creative features and to improve change process productivity. Such features were e.g. collaborative change implementation and re-engineered process paths.Muutosten hallinta on tuotteen elinkaaren hallinnan ydinosa. Ketterä muutostenhallinta on yritykselle arvokas kompetenssi mahdollistaen sopeutumisen erilaisiin ja muuttuviin markkinatilanteisiin. Myös tuotannon pitkän tähtäimen kustannustehokkuus ja uusien tekniikoiden käyttöönoton mahdollistaminen ovat muutostenhallinnan pääfunktioita. Ketterä muutostenhallinta perustuu ihmisten kompetensseihin, älykkäisiin informaatiojärjestelmiin ja tietämykseen. Systeemityökaluja kehitettäessä on välttämätöntä ymmärtää informaatiovarastoihin perustuvan tietämyksen kumuloitumismekanismit pyrittäessä parempien tuotteiden, palveluiden ja tukityövälineiden kehitykseen. Tässä diplomityössä on käsitelty useita näkökulmia muutostenhallinnan tehokkuuden parantamiseksi ja muutosprosessin nopeuttamiseksi. Muutostenhallintajärjestelmää rikastutettiin uusilla ominaisuuksilla, jotka mahdollistavat tietämyksen eksplikointia ja informaation uusiokäyttöä tietämystä kumuloivalla tavalla, sekä nykyisiin käytänteisiin perustuvalla prosessilla, jolla on laaja käyttäjähyväksyntä. Tämän tutkimuksen materiaali kerättiin pääosin kyselyillä ja haastatteluilla sekä nykyisen prosessin ja työkalujen tutkimuksella ja havainnoinnilla. Tulokset johdettiin muun muassa tilastollisella analyysillä ja materiaalin synteesillä yhdistettynä heuristisiin ja konstruktiivisiin tutkimusmetodeihin. Työn pääasiallisin löydös oli, että nykyinen järjestelmä ei kokoa riittävästi tietoa tietämyssäilön luomiseksi. Useita tietämyksen luomista vahvistavia parannusehdotuksia esitettiin tukemaan elinkaarenhallinnan tiimiä ja parantamaan muutosprosessin tuottavuutta. Tällaisia ominaisuuksia ovat esimerkiksi yhteistoiminnallinen muutosten implementointi ja uudelleensuunnitellut prosessipolut

Implementation of Industrial Additive Manufacturing: Intelligent Implants and Drug Delivery Systems

The purpose of this study is to demonstrate the ability of additive manufacturing, also known as 3D printing, to produce effective drug delivery devices and implants that are both identifiable, as well as traceable. Drug delivery devices can potentially be used for drug release in the direct vicinity of target tissues or the selected medication route in a patient-specific manner as required. The identification and traceability of additively manufactured implants can be administered through radiofrequency identification systems. The focus of this study is to explore how embedded medication and sensors can be added in different additive manufacturing processes. The concept is extended to biomaterials with the help of the literature. As a result of this study, a patient-specific drug delivery device can be custom-designed and additively manufactured in the form of an implant that can identify, trace, and dispense a drug to the vicinity of a selected target tissue as a patient-specific function of time for bodily treatment and restoration.Peer reviewe

Switchover to industrial additive manufacturing: dynamic decision-making for problematic spare parts

Purpose Introducing additive manufacturing (AM) in a multinational corporation with a global spare parts operation requires tools for a dynamic supplier selection, considering both cost and delivery performance. In the switchover to AM from conventional manufacturing, the objective of this study is to find situations and ways to improve the spare parts service to end customers. Design/methodology/approach In this explorative study, the authors develop a procedure – in collaboration with the spare parts operations managers of a case company – for dynamic operational decision-making for the selection of spare parts supply from multiple suppliers. The authors' design proposition is based on a field experiment for the procurement and delivery of 36 problematic spare parts. Findings The practice intervention verified the intended outcomes of increased cost and delivery performance, yielding improved customer service through a switchover to AM according to situational context. The successful operational integration of dynamic additive and static conventional supply was triggered by the generative mechanisms of highly interactive model-based supplier relationships and insignificant transaction costs. Originality/value The dynamic decision-making proposal extends the product-specific make-to-order practice to the general-purpose build-to-model that selects the mode of supply and supplier for individual spare parts at an operational level through model-based interactions with AM suppliers. The successful outcome of the experiment prompted the case company to begin the introduction of AM into the company's spare parts supply chain.Peer reviewe

Influence of feature size and shape on corrosion of 316L lattice structures fabricated by laser powder bed fusion

Funding Information: The work was supported by a Business Finland project DIVALIITO ( 632/31/2018 ) organized between Aalto University , Technical Research Institute of Finland (VTT), and participating consortium companies. The GTK tomography equipment was supported by the Academy of Finland RAMI infrastructure project ( 293019 ). Publisher Copyright: © 2022 The AuthorsLaser powder bed fusion (LPBF) has become an established method for manufacturing end-use metal components. Exploiting the geometric freedom of additive manufacturing (AM) offers broad possibilities for part optimization and enables performance enhancements across industry sectors. However, part shape and feature size have been found to locally affect residual stresses, melt pool cooling rates, microstructure, and thus the mechanical properties of components. Even though the mesoscale structure can locally induce microstructural changes, there are no prior studies on how it influences corrosion. Using AM-produced, optimized parts in critical applications necessitates a better understanding of their long-term performance. In this study, lattice structures were used to probe the influence of feature size and shape on corrosion susceptibility and its spatial localization. The susceptibility of submillimeter LPBF-fabricated 316L stainless steel lattice structures to corrosion was investigated by conducting a 21-day immersion corrosion test in an aqueous 3.5 wt% NaCl solution. Schoen gyroid and Schwarz diamond triply periodic minimal surface lattices were manufactured with three unit cell sizes and wall thicknesses (0.867, 0.515, and 0.323 mm). The nominal surface and cross-sectional areas were the same for the two geometries. X-ray microcomputed tomography (microCT) scans before and after the corrosion test were compared for volumetric losses. In addition, the mechanical properties and microstructure of the samples were evaluated. As part of the study, a workflow to register, index, and analyze volumetric changes of consecutive microCT image stacks was developed. The reported method is applicable to any time-lapse studies with microCT. Three out of five of the 0.323 mm wall thickness lattices displayed visually aggressive pitting. Based on the microcomputed tomography data, the mass losses were localized either in the entrapped powder particles or partially melted surface globules. Corrosion did not occur in the dense base material. The total mass losses ranged from 8 to 19 mg. Despite visual indications to support a higher corrosion susceptibility for the smallest lattice sizes, the mass loss values did not confirm this conclusion. The tensile test results did not provide any clear indications of latent corrosion effects on mechanical properties.Peer reviewe