Aloite kolmiulotteisen tulostimen hankkimiseksi

Tässä opinnäytetyössä tehtävänä oli tutustua 3D-tulostukseen, sen valmistusprosessiin ja yleisimpiin teollisuuden käyttämiin tekniikoihin sekä etsiä Turun ammattikorkeakoululle oma pöytämallin 3D-tulostin. Tehtävänä oli myös valmistella tästä tutkimuksesta hankintaehdotus valikoiduista tulostimista Liiketalous, ICT ja Bioalojen tulosalueelle. Työ alkoi tutkimalla mitä ovat käsitteet 3D-tulostus ja sen teollisuuden vastine pikavalmistus. Tutkittiin myös miten pikavalmistus eroaa muista valmistustavoista ja minkälainen tämä prosessi on. Seuraavaksi perehdyttiin yleisimpiin pikavalmistusprosesseihin, niiden käyttämiin laitteisiin ja materiaaleihin ja tehdään lyhyt katsaus 3D-tulostamisesta elektroniikkateollisuudessa. 3D-tulostimen hankinta aloitettiin haastattelemalla elektroniikkalaboratorion opettajia siitä, minkälaiseen käyttöön koulun henkilökunta laitetta tarvitsee. Vaatimuksina oli, että laitteen tulee olla itse koottava, pöytämallia oleva termoplastisen muovin pursotukseen perustuva FDM-tulostin. Tulostimen etsintä alkoi tavalliseen tapaan laajalla verkkohaulla. Annetuilla parametreilla ja ehdotettuun määrärahaan sopivista tulostimista koottiin lista ja laitteet pisteytettiin kunkin ominaisuuden mukaan. Tuloksena listan viisi parasta koottavaa ja viisi koottua tulostinmallia valittiin hankintaehdotukseen tarkempaan selvitykseen. Tutkimuksen tulokset osoittivat, että paras valinta on valmiiksi koottu malli vaativaan käyttöön tarkoitetulle 3D-tulostimelle. Näistä tärkeimmät ominaisuudet olivat laitteen tarkkuus ja nopeus.The goal this thesis was to explore 3D printing, its manufacturing processes, and the most common techniques used in industry, as well as search for a table model 3D printer on behalf of Turku University of Applied Sciences. The task was to prepare a purchase requisition for 3D printers for the needs of the Business, ICT and Life Sciences Faculty. This thesis first investigates the concepts of 3D printing and rapid manufacturing industry techniques. It also examines how rapid manufacturing is different from other manufacturing methods and what this process actually is. The thesis next focuses on the most common rapid manufacturing processes and their use by equipment and materials, as well as a brief overview of 3D printing in the electronics industry. The 3D printer acquisition search was initiated by interviewing the Electronics laboratory teachers about the uses of the device. The requirements were that the device must be a self-assembled kit table model of the thermoplastic polymer extrusion-based FDM printer. The 3D printer exploration began in the usual way of network research. Based on the given parameters and the proposed appropriation compatible printers were listed and equipment was scored for each property. As a result, a list of the five best non-assembled and five assembled printer models were chosen for the purchase requisition on a more detailed reporting. The results showed that the best choice is a pre-assembled model for heavy-duty use 3D printers. The most important features were higher accuracy and a higher rate of manufacturing on these models

Pikavalmistusteknologia tuotekonseptin muotoiluprosessissa: Muotoiluprojekti See Through – Light Capturer

Tutkimuksen aiheena on pikavalmistusteknologian merkitykset tuotekonseptin muotoiluprosessissa. Aiheen selvittämisen aineistoksi on teemahaastateltu kuusi alan asiantuntijaa, tuotettu tuotekonseptin muotoiluprojekti sekä kerätty projektin asiakasyritykseltä kyselylomakkeet. Tutkimuksen tarkoituksena on löytää niitä pikavalmistusteknologian luomia merkityksiä, jotka rakentuvat konseptisuunnittelun työskentelyprosessin ympäristössä muotoilua toteuttavalle toimijalle. Tutkimuksessa selvitetään myös, millaisen roolin pikavalmistusteknologia sai See Through – Light Capturer -muotoiluprojektissa. Tutkimusta lähestytään teollisen tuotemuotoilun näkökulmasta ja sitä avataan muotoiluprosessista rakennettujen mallien ja alan toimintatapojen kautta. Tutkimuksen teoriaosuudessa esitetään myös pikavalmistusteknologia yleisellä tasolla ja sen osallisuus teollisen tuotemuotoilun kentällä sekä suhteessa ympäröivään yhteiskuntaan. Tutkimus on laadullisella menetelmällä toteutettu empiirinen tutkimus. Aineisto on analysoitu laadullisen sisällönanalyysin avulla teemoihin ja tyyppeihin, jonka jälkeen näitä tuloksia on peilattu tuotemuotoilijan tekemään konseptisuunnitteluprosessiin sekä kyseisessä projektissa mukana olleiden muiden toimijoiden vastauksiin. Evaluoinnin tulokset kootaan yhteen tutkimuksen yhteenvedossa, jossa niitä tarkastellaan yhdessä tuotemuotoilun teorian mukaisten vakiintuneiden käytänteiden kanssa. Muotoiluprojektissa toteutettiin asiakasyrityksen hahmotteleman Light Capturer -tuotekonseptin muotoilutyö. Projektin päämääränä oli pikavalmistusteknologian avulla valmistettu toiminnallinen malli. Projektin muotoiluprosessi koostui viidestä erillisestä vaiheesta, jota jaksotti asiakasyrityksen kanssa käydyt tapaamiset. Tutkimustulosten perusteella pikavalmistusteknologian merkitykset näyttäytyvät Toimija-, Toiminta- sekä Työkalut-tyypeissä tuotekonseptin muotoiluprosessin ympäristössä, mutta vain prosessin toimijoiden kautta. Muotoilijan lisäksi pikavalmistusteknologia luo merkityksiä prosessin muille toimijoille, jotka osaltaan vaikuttavat toteutettavaan muotoilutoimintaan. Merkitykset voidaan sijoittaa löydettyjen tyyppien alaisiin teemoihin, jonka kautta niiden arvoa ja vaikuttavuutta voidaan arvioida.The topic of this master’s thesis is on the effects of rapid prototyping technology in the product concept design process. The research material includes six themed interviews with experts in the rapid prototyping technology field, a product design project and survey with a client company. The main goal of the work is to identify the impacts that rapid prototyping technology creates for the design practitioner in the concept design working environment. A secondary target is to explore the effect of rapid prototyping technology in the Light Capturer design project. The perspective of this thesis is industrial product design and different design process models and working procedures are presented. As background, an overall view of rapid prototyping technology both in the industrial design world and on a societal level are included. The thesis utilizes qualitative and empirical methods. A primary analysis approach used is thematic analysis with themes and sub-themes, which are then reflected against the product designer’s concept design process and feedback from client company stakeholders. The results of this evaluation have been collected together in a research summary where the results are examined against the established conventions of product design theories. The design project part of the thesis follows the design process of the Light Capturer product concept. The aim of the project was to create a prototype of the concept using rapid prototyping technologies. The design process consisted of five different phases separated by review meetings with the client company. The results of this thesis claim that the effects of rapid prototyping technology can be seen in Actor-, Action- and Tool-types in the environment of the product concept design process, but only by the actors of the process. However, the designer is not the only important actor of the equation. Rapid prototyping technology also creates effects for other participants of the process. The value and impact of the effects are evaluated by founded themes and sub-themes within this master’s thesis

Prototyyppien pikavalmistus tuotekehityksessä

Prototyyppien valmistaminen on keskeinen osa tuotekehitysprosessia. Prototyyppien pikavalmistamisella pyritään nopeuttamaan ja luomaan joustavampi tuotekehitysprosessi. Nopealla tuotekehitysprosessilla pyritään saavuttamaan kilpailuetua. Työssä selvitettiin kuinka prototyyppien pikavalmistus vaikuttaa tuotekehitysprosesseihin ja projekteihin. Lisäksi työssä kerättiin tietoa ainetta lisäävistä valmistusmenetelmistä, joita käytetään prototyyppien pikavalmistuksessa. Ainetta lisäävistä valmistusmenetelmistä kerättiin tietoa niiden perusperiaatteesta, materiaaleista, tarkkuudesta ja mitä huomioitavaa kyseisessä tekniikassa on. Työhön valikoitui standardissa ISO/ASTM52900-15 määritetyistä seitsemän eri kategorian ainetta lisäävistä valmistusmenetelmistä neljä. Nämä neljä valikoitunutta tekniikkaa on fotopolymerointi, jauhepetimenetelmät, materiaalin pursotus ja suorakerrostus. Valinnan kriteereinä oli tekniikan saatavuus ja sen mahdolliset erikoisominaisuudet. Työssä luotiin tietoa, kuinka ainetta lisäävät valmistusmenetelmät vaikuttavat tuotekehitysprosesseihin, projekteihin ja niissä luotuihin tuotteisiin. Ainetta lisäävät valmistusmenetelmät tekevät tuotekehitysprosesseista paljon iteratiivisempia ja nopeampia. Lisäksi ainetta lisäävät valmistusmenetelmät antavat mahdollisuuden luoda paljon innovatiivisempia ja optimoituja tuotteita. Työssä käytiin lävitse ainetta lisäävien valmistusmenetelmien ainutlaatuisista ominaisuuksista monimutkaiset muodot, hierarkkinen monimutkaisuus, toiminnallinen monimuotoisuus, materiaalien monimuotoisuus, tuotteiden asiakasräätälöinti ja tuotteiden optimointi menetelmät. Myös muottien ja työkalujen pikavalmistus käsiteltiin tässä työssä. Lopuksi työssä pohdittiin työssä käytyjen asioiden nykytilaa ja niiden tulevaisuutta. Tulevaisuuden näkemyksissä huomioitiin tekniikoiden kehitys ja sen vaikutus uusien tuotteiden kehittämisen kannalta ja kuinka ainetta lisäävien valmistusmenetelmien markkinat tulevat muotoitumaan tulevaisuudessa ja kuinka se tulee vaikuttamaan prototyyppien pikavalmistukseen

Fabrication additive ou Impression 3D. Aperçus sur une variation terminographique

Materiaalia lisäävä valmistus eli 3D-tulostus on valmistusmenetelmä, jossa kappale tehdään 3D-mallin pohjalta materiaalikerroksia lisäämällä, käyttäen useita tekniikoita ja materiaaleja. Menetelmää sovelletaan useilla teollisuuden aloilla. Lisääviä valmistustekniikoita on kehitetty 1990-luvun alkupuolelta lähtien, ja ne monipuolistuvat jatkuvasti. Tässä pro gradu -tutkielmassa tutkitaan sovellusalan terminologian kehitystä vertailevilla menetelmillä ja luodaan kolmikielinen sanasto alan asiantuntijoille, joita edustaa Suomessa FIRPA ry. Sanaston kielet ovat englanti, ranska ja suomi. Terminologian tutkimus on perinteisesti keskittynyt sanastotyöhön ja käsiteanalyysiin, sen sijaan termihistorian tutkimus on ollut vähäisempää. Tässä työssä on tehty vertailevaa termitutkimusta sekä sanastotyön että termihistorian näkökulmista. Vertailutasoja ovat termien merkityksen muuttuminen, vertailu pivot-kielen suhteen ja kielikohtaisten ominaisuuksien tarkastelu termien muotoutumisessa. Tutkittavia asioita ovat sanastokäsitteiden väliset suhteet, synonyymien, varianttien ja uudissanojen moninaisuus, ja termien yleiskielistyminen. Samalla pohditaan muita termien muuttumiseen vaikuttavia syita. Tärkeimpänä lähteenä käytetään Wohlersin vuosiraportteja, jotka kuvaavat kattavasti koko teollisuudenalaa. Koska englannin pivot-vaikutus on voimakasta teknisillä aloilla, omankielisen terminologian kehittyminen vaatii tietoista terminologiatyötä ja aktiivista omankielisten termien käyttöä. Terminologian vakiintumista voidaan arvioida termivarianttien ja uudissanojen määristä, sekä termien yleiskielistymisestä. Terminologia muuttuu jatkuvasti toimialan kehittyessä ja vaatii säännöllistä päivittämistä. Termihistorian tunteminen tukee sanastotyön termivalintoja. Alan asiantuntijat ovat vastuussa omasta terminologiastaan, ja heidän aktiivisuutensa on tärkeää sen kehittämisessä. Toteutettu sanasto on tämän pro gradu -tutkielman liitteenä ja se julkaistaan myös FIRPA ry:n Internet-sivustolla. Suomenkielinen osio sanastosta on ensimmäinen laaja suomeksi julkaistu materiaalia lisäävän valmistuksen sanasto.Siirretty Doriast

Daisy : Suunnitelma kukaksi koottavasta kahviastiastosta

Opinnäytetyön tavoitteena oli suunnitella kahdeksan hengen kahviastiasto ja valmistaa siitä protoyyppi. Tekijän tarkoituksena oli kehittää myös omaa ammatillista osaamista ja perehtyä työn ohella tuotesuunnitteluun. Lähtökohdan työlle antoi aiemmin vuonna 2007 valmistettu Lumme-astiasto, minkä pohjalta tekijä halusi suunnitella uuden kahviastiaston. Lumme-astiaston ideana oli koota astiat tarjottimen päälle niin, että kokonaisuus näyttäisi lumpeenkukalta. Samaa ideaa apuna käyttäen myös Daisy-kahviastiasto suunniteltiin näyttämään kukalta. Opinnäytetyön tarkoituksena oli suunnitella ammattimaisempi ja toimivampi kahviastiasto, jonka pystyisi suunnittelun pohjalta valmistamaan konkreettiseksi opinnäytetyön ulkopuolella. Daisy-astiaston suunnittelussa huomioitiin erinäisiä tärkeitä seikkoja kuten käytännöllisyyttä, käyttäjiä, esteettisyyttä, valmistusta, materiaaleja sekä astiaston jatkokehittelyä. Ennen varsinaista suunnittelua ja sen aikana tutustuttiin vastaavanlaisiin opinnäytetöihin, joissa pääpaino oli tuotteen suunnittelu. Daisy-astioiden mallien ideointi alkoi tutustumalla tavaratalojen astiaosastoihin. Suunnittelun avuksi näiden pohjalta mietittiin olemassa olevien astioiden hyviä ja huonoja puolia. Tämän jälkeen suunnittelu eteni luonnosten ja tiedonhaun kautta astiaston lopullisen ulkoasun mallintamiseen. Daisy-astiaston suunnittelussa käytettiin enimmäkseen Rhinoceros 3D-mallinnusohjelmaa. Opinnäytetyön yhteistyökumppanina toimi freelancer ja teollinen muotoilija Pekka Laasanen. Yhteistyökumppanin roolina oli antaa palautetta suunnittelusta ja keskustella astiastoon liittyvistä ratkaisuista. Lisäksi yhteistyökumppani auttoi hieman 3D-mallintamisessa ja tarkisti lopuksi, onko 3D-tiedosto valmis pikavalmistettavaksi. Raportoinnin tarkoituksena oli selvittää suunnittelun eri vaiheita ja tarkastella, mitä tuotesuunnittelu yleensä on. Raportti sisältää tarkempaa tietoa myös yhteistyökumppanista. Lopuksi pohditaan ja arvioidaan työn kulkua, suunnittelun lopputulosta ja tavoitteiden saavuttamista.The aim of the final project with thesis was to design coffee tableware for eight people and produce a prototype of it. The author's purpose was also to develop her own professional skills and to study industrial design beside the work. The starting point for the work was Lumme tableware which was made in 2007. Basing on it the author wanted to design new tableware. The idea of Lumme was to join the dishes together on a tray so that the whole tableware would look like a waterlily. Using the same idea, Daisy coffee tableware was designed to resemble a flower. The purpose of the final work was to design more professional and effective coffee tableware which could be produced outside the thesis. Practicality, users, aesthetics, manufacturing, materials and further development were important things when designing Daisy tableware. Before the actual working and during it the author studied similar theses where the main focus was on product design. The ideation of Daisy dishes began by exploring the sets of dishes at department stores. The advantages and disadvantages of the found sets of dishes were contemplated as the help of designing. The designing proceeds through information search and sketching into 3D modeling of the final tableware. The author mostly used Rhinoceros 3D modeling program. The partner was a freelancer and an industrial designer Pekka Laasanen. The partner's role in this project was to give feedback of the design and discuss its solutions in regard to the tableware. In addition, the partner helped in 3D modeling and finally checked whether the 3D file was ready to be produced at a quick machine. The report presents the stages of the design process and discusses what industrial design means. The report also contains detailed information about the partner. In the end the student evaluates her designing process, the result and how she achieved her goals

Viipalointiohjelmien vertailu FDM-tulostuksessa

Tiivistelmä. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on luoda katsaus 3D-tulostuksessa käytettäviin prosesseihin sekä vertailla FDM-tulostuksessa käytettäviä viipalointiohjelmia keskenään. Kolmea suosittua yksityiskäyttöön soveltuvaa viipalointiohjelmaa vertailtiin niiden alkuperäisasetuksilla. Vertailu tehtiin ominaisuuksien, nopeuden ja tulostettujen testikappaleiden perusteella. Vertailussa havaittiin selkeitä eroja etenkin ohjelman ja tulostuksen nopeudessa mutta myös testikappaleiden laadussa. Ominaisuuksien vertailun ja testikappaleiden perusteella yksityiskäyttäjä saa paremman käsityksen viipalointiohjelman ominaisuuksista ja osaa siten valita tarpeisiinsa sopivimman ohjelman.Comparison of slicing software on FDM printing. Abstract. The aim of this Bachelor’s thesis is to provide an overview of 3D printing processes and to compare slicing software used in FDM printing. Three popular slicing software suitable to private users were compared with their original settings. The comparison focused on the software’s features, speed, and printed test models. Notable differences between the software and printing speed, as well as the quality of test prints, were found. Based on the comparison of features and the test prints, a private user gains a better understanding of the slicing software features and may choose the software most suitable for his/her needs

Projektiomikrostereolitografialaitteisto

Stereolithography (SL) is one of the most successful additive manufacturing technologies. In SL a three-dimensional object is fabricated directly from a CAD model. The product is manufactured layer-by-layer by curing liquid resin. These layers, which are built on one another, form the product. In projection stereolithography (PSL) the laser light source and scanner system commonly used in SL, are replaced with a digital micromirror device (DMD) or a liquid crystal display (LCD). Thus, each layer is cured at once in one exposure according to the pattern on the DMD or LCD. Projection microstereolithography (PµSL) operates on the same principle as PSL, but the fabrication resolution is significantly higher. In this study, a PµSL setup with a DMD chip is constructed and a computer code is written to control the entire manufacturing process.Stereolitografia on menestyksekkäimpiä materiaalia lisääviä valmistusteknologioita. Stereolitografiassa kolmiulotteinen kappale tehdään suoraan CAD-mallista. Tuote valmistetaan kovettamalla nestemäistä resiiniä kerroksittain. Nämä päällekkäin kootut kerrokset muodostavat kappaleen. Projektiostereolitografiassa (PSL) laservalonlähde ja skanneri on korvattu DMD-sirulla (Digital Micromirror Device) tai nestekidenäytöllä (LCD), jolloin jokainen kerros kovettuu DMD:ssä tai LCD:ssä olevan kuvion mukaisesti kertavalotuksella. Projektiomikrostereolitografia (PµSL) toimii samalla periaatteella kuin PSL, mutta kappale valmistetaan huomattavasti paremmalla tarkkuudella. Tässä työssä rakennetaan DMD:tä käyttävä PµSL-laitteisto ja kirjoitetaan tietokoneohjelma valmistusprosessin hallintaa varten

Computed tomography based talocrural joint motion capture for patient-specific external fixator design

Pilon-murtumat ovat vaikeita, välitöntä ortopedistä hoitoa vaativia nilkan traumoja. Trauman jälkeen nilkka on tuettava, mutta ravintoaineiden ja veren virtauksen parantamiseksi nilkan olisi suotavaa saada liikkua kontrolloidusti, esimerkiksi yhden akselin ympäri. Tätä varten on kehitetty kääntyviä, ulkoisia nilkkatukia. Ainetta lisäävän valmistuksen keinoin on mahdollista luoda jokaiselle potilaalle yksilöllinen tuki, joka seuraa potilaan nilkan luonnollista liikerataa. Tätä varten on selvitettävä potilaan ylemmän nilkkanivelen kääntöakselin paikka sekä suunta eri vaiheissa nilkan koukistusta ja ojennusta. Tässä diplomityössä suunniteltiin ja toteutettiin tietokonetomografiaan perustuva mittausmenetelmä. Koehenkilöitä oli kaksi: ensimmäisen nilkka kuvattiin kartiokeila-TT-laitteella kolmessa asennossa (äärikoukistus, neutraali, ääriojennus), ja toisen viidessä (edellä mainitut asennot, sekä puolittainen koukistus ja puolittainen ojennus). Tämän jälkeen kuvista segmentoitiin sääriluu sekä telaluu. Kahden peräkkäisen asennon (ääriojennus-puolittainen ojennus, puolittainen ojennus-neutraali, jne.) luut kohdennettiin toistensa suhteen. Nämä kohdennukset tuottivat kaksi muunnosmatriisia, joiden avulla laskettiin liikkeen kunkin vaiheen kääntöakselin (finite helical axis, FHA) paikka sekä suunta. Menetelmä tuotti järkeviä tuloksia, joten lisäkehitystä suositellaan. Tekniikan oikea tarkkuus on selvitettävä esimerkiksi toistokokein, mutta näitä rajoittaa tietokonetomografiakuvaukseen liittyvä säderasitus.Pilon fracture is a severe ankle trauma, which demands instant orthopedic treatment. After the trauma, the ankle needs to be shielded from load, but to maximize the flows of blood and nutrients, ankle should also be allowed to move in a controlled fashion, e.g. around one axis. External, rotating fixators exist for this purpose. Utilizing additive manufacturing techniques, a patient-specific fixator can be designed. It aims to mimic the natural range of motion, and thus minimize the motion resistance. Prior to the fixator fabrication, the location and orientation of the talocrural joint axis in different phases of the motion needs to be determined. In this thesis, a computed tomography based measurement method was developed and piloted. Two subjects were scanned with a cone-beam CT device: the first subject in three stances (full dorsiflexion, neutral, full plantarflexion), and the second one in five stances (aforementioned three, and in addition, half plantarflexion and half dorsiflexion). After this, the tibia and talus bones were segmented. The corresponding bones in two consecutive poses (full dorsiflexion-half dorsiflexion, half dorsiflexion-neutral, etc.) were registered in respect to each other. These registrations produced two transform matrices, which were used to calculate the finite helical axis (location and orientation) of each phase of the motion. The technique yielded sensible results, thus further development is recommended. The actual accuracy remains unknown, and needs to be determined e.g. by larger patient pool. This is complicated by the radiation burden involved with CT imaging

Processing Parameters for Selective Laser Sintering or Melting of Oxide Ceramics

In this chapter, we present a detailed introduction to the factors which influence laser powder bed fusion (LPBF) on oxide ceramics. These factors can be in general divided in three main categories: laser-related factors (wavelength, power, scanning speed, hatch distance, scan pattern, beam diameter, etc.), powder- and material-related factors (flowability, size distribution, shape, powder deposition, thickness of deposited layers, etc.), and other factors (pre- or post-processing, inert gas atmosphere, etc.). The process parameters directly affect the amount of energy delivered to the surface of the thin layer and the energy density absorbed by the powders; therefore, decide the physical and mechanical properties of the built parts, such as relative density, porosity, surface roughness, dimensional accuracy, strength, etc. The parameter-property relation is hence reviewed for the most studied oxide ceramic materials, including families from alumina, silica, and some ceramic mixtures. Among those parameters, reducing temperature gradient which decreases the thermal stresses is one of the key factors to improve the ceramic quality. Although realizing crack-free ceramics combined with a smooth surface is still a major challenge, through optimizing the parameters, it is possible for LPBF processed ceramic parts to achieve properties close to those of conventionally produced ceramics