Reijonen Joni: SOURCES OF VARIABILITY IN METAL ADDITIVE MANUFACTURING: Effects of machine architecture-defined process parameters in PBF-LB AM: 5000 eur ( 2025)

Metallien 3D-tulostuksen laatuvaihtelut kuriin 

Tein väitöskirjatutkimukseni metallien lisäävän valmistuksen (ns. 3D-tulostuksen) alalta. 3D-tulostus mahdollistaa perinteisiin metallien työstömenetelmiin verrattuna valmistettavien kappaleiden lähes rajattoman geometrisen vapauden, lyhemmät prototyyppien sekä uusien tuotteiden läpimenoajat suunnittelusta valmistukseen ja kustannustehokkaan hajautetun piensarjavalmistuksen. Haasteitakin teknologialla kuitenkin vielä on. Väitöskirjassani tutkin metallien lisäävässä valmistuksessa havaittua suurta vaihtelevuutta valmistettujen kappaleiden laadussa, etenkin lopputuotteen mekaanisissa ominaisuuksissa. Keskityin erityisesti eri jauhepetisulatuslaitteiden välisiin eroihin, ns. koneen arkkitehtuurin määräämien perustavanlaatuisten parametrien (suojakaasun virtaus, jauheen levitys ja laserin polttopiste) vaikutukseen lopputuotteiden laatuun ja siihen, kuinka näitä tulisi käsitellä prosessin hyväksymismenettelyissä. Tunnistin laatuvaihtelun takana olevat perusilmiöt prosessissa sekä määritin niiden vaikutuksen suuruuden lopputuotteen suorituskykyyn. Metallien lisäävän valmistuksen laatuvaihtelun juurisyiden tunnistaminen ja prosessin saattaminen vakaaksi ja toistettavaksi ovat välttämättömiä kehitysaskelia, jotta kyseinen teknologia voi lunastaa sen tarjoamat mahdollisuudet suomalaisen valmistavan teollisuuden uudistajana – aidosti digitaalisena, hajautettuna ja tarpeeseen räätälöitävissä olevana on-demand valmistusteknologiana. Väitöskirjani löydökset ja niiden perusteella annetut käytännön ohjeistukset osaltaan edesauttavat laatuvaihteluiden kitkemistä. 

Olen kiitollinen Walter Ahlströmin säätiöltä saamaani kannustusapurahaan väitöskirjani viimeistelyyn. Rahallisen kannustimen lisäksi kolmena vuonna peräkkäin saamani positiivinen kannustusapurahapäätös väitöskirjatutkimukselleni oli merkittävä henkinen kannustin – ulkopuolinen taho uskoi tutkimukseeni, piti sitä merkittävänä, oli tyytyväinen sen edistymiseen ja halusi osaltaan tukea sen jatkuvuutta vuodesta toiseen. Walter Ahlströmin säätiön tukemana sain väitöskirjani lopulta valmiiksi muun projektityön ohessa ja väittelin tekniikan tohtoriksi Turun Yliopistolla tammikuussa 2025. Nykyään jatkan tutkimus- ja kehitystyötä metallien 3D-tulostuksen parissa erikoistutkijana Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:ssä, jossa väitöskirjatutkimuskin toteutettiin.

Kuva 1. Haponkestävästä ruostumattomasta teräksestä (AISI 316L) 3D-tulostamalla valmistettuja aihioita veto- ja iskusitkeyskokeisiin kyseisten ominaisuuksien hajonnan määrittämiseksi. Kuva: Kimmo Ruusuvuori.