Characterization Of Process Efficiency Improvement In Laser Additive Manufacturing

Laser additive manufacturing (LAM), known also as 3D printing, has gained a lot of interest in past recent years within various industries, such as medical and aerospace industries. LAM enables fabrication of complex 3D geometries by melting metal powder layer by layer with laser beam. Research in laser additive manufacturing has been focused in development of new materials and new applications in past 10 years. Since this technology is on cutting edge, efficiency of manufacturing process is in center role of research of this industry. Aim of this thesis is to characterize methods for process efficiency improvements in laser additive manufacturing. The aim is also to clarify the effect of process parameters to the stability of the process and in microstructure of manufactured pieces. Experimental tests of this thesis were made with various process parameters and their effect on build pieces has been studied, when additive manufacturing was performed with a modified research machine representing EOSINT M-series and with EOS EOSINT M280. Material used was stainless steel 17-4 PH. Also, some of the methods for process efficiency improvements were tested. Literature review of this thesis presents basics of laser additive manufacturing, methods for improve the process efficiency and laser beam – material- interaction. It was observed that there are only few public studies about process efficiency of laser additive manufacturing of stainless steel. According to literature, it is possible to improve process efficiency with higher power lasers and thicker layer thicknesses. The process efficiency improvement is possible if the effect of process parameter changes in manufactured pieces is known. According to experiments carried out in this thesis, it was concluded that process parameters have major role in single track formation in laser additive manufacturing. Rough estimation equations were created to describe the effect of input parameters to output parameters. The experimental results showed that the WDA (width-depth-area of cross-sections of single track) is correlating exponentially with energy density input. The energy density input is combination of the input parameters of laser power, laser beam spot diameter and scan speed. The use of skin-core technique enables improvement of process efficiency as the core of the part is manufactured with higher laser power and thicker layer thickness and the skin with lower laser power and thinner layer thickness in order to maintain high resolution. In this technique the interface between skin and core must have overlapping in order to achieve full dense parts. It was also noticed in this thesis that keyhole can be formed in LAM process. It was noticed that the threshold intensity value of 106 W/cm2 was exceeded during the tests. This means that in these tests the keyhole formation was possible.

Etäjohtaminen ja operatiivisten riskien hallinta finanssialalla

Tutkimuksen tarkoituksena on tarkastella etäjohtamista finanssitoimialan johtamismallina ja sen vaikutuksia toimialan operatiivisten riskien hallintaan. Tutkimuksessa toteutetaan kvalitatiivinen tutkimus finanssialalla toimivalle Case yritys X:lle ja tutkimusmenetelmänä käytetään teemahaastatteluja. Tutkimuksella pyritään selvittämään miten etäjohtaminen vaikuttaa yrityksen operatiivisten riskien hallintaan ja mitä muutoksia etäjohtamismalliin tulisi tehdä operatiivisten riskien hallinnan tehostamiseksi. Teoriaosuudessa käydään läpi etäjohtamisen ja finanssialan riskienhallintaa aikaisempien tutkimusten ja kirjallisuuden pohjalta. Tutkimuksessa selvitetään yrityksen yleisimmät operatiiviset riskit, niiden hallintakeinot ja pyritään teoriaan nojaten kehittämään etäjohtamismalliin menetelmiä tehokkaampaan operatiivisten riskien hallintaan. Tuloksissa vedetään yhteen yrityksen tämänhetkinen tilanne operatiivisessa riskienhallinnassa ja teemahaastattelujen sekä teorian pohjalta pyritään löytämään kehitysehdotuksia etäjohtamismalliin, mitä voitaisiin tehdä toisin. Teoria painottaa mm. HR:n sisällyttämistä osaksi operatiivista riskienhallintaa, vastuuhenkilöiden ja mittareiden asettamista ja kehittämistä sekä leader-johtajuutta ja Basel-säännöksiin perustuvaa operatiivisten riskienhallinnan viitekehystä. Empiirisessä osiossa haastatteluista kerätyt vastaukset ohjaavat teorian kanssa samansuuntaisiin kehitysehdotuksiin. Avainasemassa yrityksen operatiivisessa riskienhallinnassa ovat reagoiminen, osaava etäjohtaminen sekä johdonmukainen perehdytyssuunnitelma. Yritys X on tehnyt huomattavia toimenpiteitä etäjohtamismalliin ja jatkuva kehittäminen kohti parempaa operatiivista riskienhallintaa on liiketoimintastrategian keskiössä.

Teollisuuspuhaltimille tarkoitetun suunnittelujärjestelmän kehittäminen

Diplomityön tavoitteena oli kehittää Dust Control Systems Oy:n nykyistä suunnittelujärjestelmää yrityksen toiminnan laadun ja suunnittelun tehokkuuden parantamiseksi. Suunnittelun suurin pullonkaula on valmistusdokumenttien tuottaminen, joten keskeinen tehtävä oli dokumenttien laadun parantaminen ja tuottamisen nopeuttaminen. Lisäksi tärkeää oli selkeyttää nykyistä nimikkeiden hallintaa ja ylläpitoa. Kehitystyö keskittyi suurelta osin suunnittelujärjestelmän ohjelmistoympäristön päivittämiseen ja sen muokkaamiseen. Teoriaosuudessa käsiteltiin nykyaikaista suunnittelua ja sen kehittämismahdollisuuksia. Lisäksi tarkasteltiin suunnittelun automatisoinnin tuomia hyötyjä sekä erilaisia tuotannon tehostamismenetelmiä. Kehitysosiossa tutkittiin yrityksen nykyistä suunnittelujärjestelmää ja ohjelmistoympäristöä, tuotteiden asettamia vaatimuksia sekä järjestelmän puutteita. Näihin liittyi suuresti yhteistyö henkilöstön sekä ohjelmistotoimittajan kanssa. Tutkimuksen perusteella ryhdyttiin kehittämään uutta järjestelmäkokonaisuutta, johon liitettiin tarvittavia ohjelmistoja ja päivityksiä. Käyttöönottoa varten ohjelmistot konfiguroitiin yrityksen tarpeita vastaaviksi. Työn tuloksena saatiin kehittyneempi ja nykyaikaisempi suunnittelujärjestelmä ja ohjelmistoympäristö. Suunnittelijoiden työtaakkaa saadaan kevennettyä toistuvien työvaiheiden pidemmälle viedyllä automatisoinnilla. Uudistettu ohjelmistoympäristö luo osaltaan ehtoja ja sääntöjä, jotta virheitä syntyy yhä vähemmän. Lisäksi suunnittelun läpimenoaikaa saadaan lyhennettyä parannetulla dokumenttien tuottamisella.

Vedyn käytön tarkastelu Kemira Chemicals Oy:n Joutsenon tehtailla

Kemira Chemicals Oy:n Joutsenon tehtailla valmistetaan lipeää, suolahappoa, natriumhypokloriittia sekä natriumkloraattia. Lipeää, suolahappoa ja natriumhypokloriittia valmistetaan lipeätehtaassa. Natriumkloraattia valmistetaan kloraattitehtaassa. Kloraatti- ja lipeätehtaan tuotteet valmistetaan elektrolyysimenetelmällä. Elektrolyysien sivutuotteena syntyy vetykaasua, joka voidaan käyttää suolahapon valmistukseen, vetyvoimalaitoksen polttoaineena tai myydä asiakkaalle. Työn tavoitteena oli tarkastella vedyn käyttöä Joutsenon tehtailla. Tarkastelun tavoitteena oli löytää mahdollisia kehitys- tai jatkotutkimuskohteita vety- ja höyryjärjestelmästä. Koska vetyä käytetään myös vetyvoimalaitoksen polttoaineena, joka tuottaa tehtailla tarvittavan prosessihöyryn, tarkasteltiin työssä myös höyryn käyttöä tehtailla. Tarkastelua varten tehtiin Microsoft Excel-pohjainen taselaskentamalli, jolla simuloitiin vedyn ja höyryn käyttöä tehtailla. Työn tuloksena saatiin Excel-pohjainen simulointimalli, jolla pystyttiin tutkimaan vedyn ja höyryn käyttöä. Vedyn ja höyryn käyttöä tutkittiin viidessä eri skenaariossa. Skenaariossa yksi määritettiin pienimmät mahdolliset elektrolyysiin syötettävät sähkövirran arvot, joilla tehtaita on turvallista käyttää. Skenaariossa kaksi määritettiin pienimmät mahdolliset elektrolyysiin syötettävät sähkövirran arvot, joilla voimalaitoksen turbiini pysyisi ajossa. Skenaariossa kolme määritettiin tehtaiden tämän hetkinen maksimi kapasiteetti. Skenaarioissa neljä ja viisi tutkittiin, miten mahdollinen tehtaiden tuotantojen kasvattaminen vaikuttaisi vety- ja höyryjärjestelmään. Työn tuloksien perusteella kehitys- ja jatkotutkimuskohteita olisivat lipeän haihdutuksen höyryn kulutuksen pienentäminen, turbiinin käyttöajan kasvattaminen sekä eri lähteistä saatavan hukkalämmön parempi hyödyntäminen kaukolämmön tuotannossa. Tehtaiden tuotantoja kasvatettaessa on syytä kiinnittää huomioita myös voimalaitoksen pääkattilan ja turbiinin kapasiteettiin.

Asleep or not asleep? Evaluation of the Quality of Patients’ Sleep in Critical Care Nursing

Sleep is important for the recovery of a critically ill patient, as lack of sleep is known to influence negatively a person’s cardiovascular system, mood, orientation, and metabolic and immune function and thus, it may prolong patients’ intensive care unit (ICU) and hospital stay. Intubated and mechanically ventilated patients suffer from fragmented and light sleep. However, it is not known well how non-intubated patients sleep. The evaluation of the patients’ sleep may be compromised by their fatigue and still position with no indication if they are asleep or not. The purpose of this study was to evaluate ICU patients’ sleep evaluation methods, the quality of non-intubated patients’ sleep, and the sleep evaluations performed by ICU nurses. The aims were to develop recommendations of patients’ sleep evaluation for ICU nurses and to provide a description of the quality of non-intubated patients’ sleep. The literature review of ICU patients’ sleep evaluation methods was extended to the end of 2014. The evaluation of the quality of patients’ sleep was conducted with four data: A) the nurses’ narrative documentations of the quality of patients’ sleep (n=114), B) the nurses’ sleep evaluations (n=21) with a structured observation instrument C) the patients’ self-evaluations (n=114) with the Richards-Campbell Sleep Questionnaire, and D) polysomnographic evaluations of the quality of patients’ sleep (n=21). The correspondence of data A with data C (collected 4–8/2011), and data B with data D (collected 5–8/2009) were analysed. Content analysis was used for the nurses’ documentations and statistical analyses for all the other data. The quality of non-intubated patients’ sleep varied between individuals. In many patients, sleep was light, awakenings were frequent, and the amount of sleep was insufficient as compared to sleep in healthy people. However, some patients were able to sleep well. The patients evaluated the quality of their sleep on average neither high nor low. Sleep depth was evaluated to be the worst and the speed of falling asleep the best aspect of sleep, on a scale 0 (poor sleep) to 100 (good sleep). Nursing care was mostly performed while the patients were awake, and thus the disturbing effect was low. The instruments available for nurses to evaluate the quality of patients’ sleep were limited and measured mainly the quantity of sleep. Nurses’ structured observatory evaluations of the quality of patients’ sleep were correct for approximately two thirds of the cases, and only regarding total sleep time. Nurses’ narrative documentations of the patients’ sleep corresponded with patients’ self-evaluations in just over half of the cases. However, nurses documented several dimensions of sleep that are not included in the present sleep evaluation instruments. They could be classified according to the components of the nursing process: needs assessment, sleep assessment, intervention, and effect of intervention. Valid, more comprehensive sleep evaluation methods for nurses are needed to evaluate, document, improve and study patients’ quality of sleep.

Aineettomien riskien hallinta – case Itä-Suomen Biopankki

Aineeton pääoma nähdään organisaation keskeisenä kilpailutekijänä ja voimavarana. Se voi kuitenkin joissain tilanteissa olla organisaatiolle myös rasite tai jopa menestymistä heikentävä tekijä. Tutkimuksen tavoitteena oli laatia biopankin riskienhallinnalle malli, joka huomioi toimintaan vaikuttavat aineettomat riskitekijät ja toimii strategisena johtamisen ja toiminnan kehittämisen työvälineenä. Tutkimus toteutettiin tapaustutkimuksena, jossa käytettiin konstruktiivista tutkimusotetta. Biopankille luotiin konstruktio, riskienhallintamalli, jolla pyrittiin ratkaisemaan reaalimaailman ongelma ja samalla luomaan kontribuutiota tieteenalalle. Biopankki on uudentyyppinen organisaatio, joka kerää, hallinnoi ja säilyttää biologisia ihmisperäisiä näytteitä ja niihin liittyviä tietoja tulevaa tutkimusta varten. Toiminnan riskien taustasyyt ovat usein aineettomia, kuten toimintakulttuuri, asenne, osaaminen tai motivaatio. Tutkimuksessa löydettiin uusia biopankin toimintaan kytkeytyviä aineettomia riskejä koko aineettoman pääoman alueelta ja määriteltiin riskitasoihin perustuva lähestymistapa riskien hallintaan. Konstruktio aineettomien riskien hallintamalliksi sai selkeää vahvistusta tutkimuksen aineistosta, ja se voi toimia organisaation kehittämisen pohjana. Riskikartan luominen ja riskien arviointi ovat tekohetken poikkileikkauksia tilanteesta. Organisaation toiminta ja siihen kohdistuvat riskit ja mahdollisuudet muuttuvat ja kehittyvät. Riskien tunnistaminen lisää tietoa organisaatiosta ja sen toimintaympäristöstä, mikä luo puitteet myös uusien mahdollisuuksien tunnistamiselle. Sopivan riskienhallintamallin avulla voidaan löytää kilpailuetua suhteessa muihin organisaatioihin. Kilpailuetuna voi toimia myös muita parempi riskinkantokyky esimerkiksi toiminnan joustavuuden kautta.

Vahdon keskustan sähkönjakeluverkon saneeraussuunnitelma

Vuoden 2013 sähkömarkkinalain uudistuksen myötä verkonhaltijoiden tulee varautua suurhäiriötilanteisiin aiempaa tehokkaammin. Lain toimitusvarmuusvaatimusten täyttäminen vaatii sähköverkkoyhtiöiltä entistä suurempia investointimääriä nopeassa aikataulussa. Caruna Oy investoi vuosittain noin 100 miljoonaa euroa säävarman verkon kehittämiseen ja rakentamiseen. Eltel Networks Oy toimii Carunan pääurakoitsijana useissa saneerausprojekteissa muun muassa Satakunnan ja Lounais-Suomen alueilla. Diplomityö tehtiin Eltel Networks Oy:lle ja tavoitteena oli laatia saneeraussuunnitelma Carunan Vahdon keskustan sähkönjakeluverkkoon sekä kehittää Eltelin suunnitteluprosessia Vahdon case-projektin avulla. Nykyverkon ongelmakohdiksi osoittautuivat käyttöikänsä päähän tulleet tai lähivuosina tulevat verkkokomponentit, verkon alhainen nykykäyttöarvo sekä korkeat keskeytyskustannukset. Suunnitellun verkon nykykäyttöarvo yli kaksinkertaistui nykyverkon arvosta, verkon keski-ikä pieneni seitsemällä vuodella ja keskeytyskustannukset pienenivät yli puolella. Case-projektin aikana suunnitteluprosessissa ilmeni useita kehityskohteita. Esimerkiksi kartta-aineistoja ja ilmakuvia kannattaisi hyödyntää monipuolisemmin suunnittelussa ja ohjemuutosten täytäntöönpanoajankohta tulisi määrittää ohjeen tärkeyden mukaan. Vierekkäisille suunnitteluprojekteille kannattaa hakea jatkossa esimerkiksi yhteiset ELY- ja AVI-luvat erillisten lupahakemusten sijaan, koska se vähentää suunnittelijoiden työmäärää ja nopeuttaa hakuprosessia. Suunnittelijoiden yhteistyötä kannattaa laajentaa niin lupahakemusten, sopimusten laadinnan kuin koko prosessin kattavaksi, koska yhteistyö vähentää virheiden määrää ja nopeuttaa suunnitteluprosessia. Yhteistyöllä suunnittelu voidaan toteuttaa nopeammin laadusta tinkimättä.

Weldability of powder bed fusion fabricated stainless steel 316L sheets to cold rolled sheet metal

Weldability of powder bed fusion (PBF) fabricated components has come to discussion in past two years due to resent developments in the PBF technology and limited size of the machines used in the fabrication process. This study concentrated on effects of energy input of welding on mechanical properties and microstructural features of welds between PBF fabricated stainless steel 316L sheets and cold rolled sheet metal of same composition by the means of destructive testing and microscopic analysis. Optical fiber diameter, laser power and welding speed were varied during the experiments that were executed following one variable at a time (OVAT) method. One of the problems of welded PBF fabricated components has been lower elongations at break comparing to conventionally manufactured components. Decreasing energy input of the laser keyhole welding decreased elongations at break of the welded specimens. Ultimate tensile strengths were not affected significantly by the energy input of the welding, but fracturing of the specimens welded using high energy input occurred from the weld metal. Fracturing of the lower energy input welds occurred from the PBF fabricated base metal. Energy input was found to be critical factor for mechanical properties of the welds. Multioriented grain growth and formation of neck at fusion zone boundary on the cold rolled side of the weld was detected and suspected to be result from weld pool flows caused by differences in molten weld pool behaviour between the PBF fabricated and cold rolled sides of the welds.

Determining vehicle drivetrain dynamics using system identification

Target of this book is to propose an approach for modelling drivetrain dynamics in order to design further a vibration control system of a hybrid bus. In this thesis two approaches are examined and compared. First model is obtained by theoretical means: drivetrain is represented as a system of rotating masses, which motion is described with differential equations. Second model is obtained using system identification method: mathematical description of the dynamic behavior of a system is formed based on measured input (torque) and output (speed) data. Then two models are compared and an optimal approach is suggested.

Weldability of high strength aluminium alloys

The need for reduced intrinsic weight of structures and vehicles in the transportation industry has made aluminium research of interest. Aluminium has properties that are favourable for structural engineering, including good strength-to-weight ratio, corrosion resistance and machinability. It can be easily recycled saving energy used in smelting as compared to steel. Its alloys can have ultimate tensile strength of up to 750 MPa, which is comparable to steel. Aluminium alloys are generally weldable, however welding of high strength alloys like the 7xxx series pose considerable challenges. This paper presents research on the weldability of high strength aluminium alloys, principally the 7xxx series. The weldability with various weld processes including MIG, TIG, and FSW, is discussed in addition to consideration of joint types, weld defects and recommendations for minimizing or preventing weld defects. Experimental research was carried out on 7025-T6 and AW-7020 alloys. Samples were welded, and weld cross sections utilized in weld metallurgy studies. Mechanical tests were carried out including hardness tests and tensile tests. In addition, testing was done for the presence of Al2O3 on exposed aluminium alloy. It was observed that at constant weld heat input using a pulsed MIG system, the welding speed had little or no effect on the weld hardness. However, the grain size increased as the filler wire feed rate, welding current and welding speed increased. High heat input resulted in lower hardness of the weld profile. Weld preheating was detrimental to AW- 7020 welds; however, artificial aging was beneficial. Acceptable welds were attained with pulsed MIG without the removal of the Al2O3 layer prior to welding. The Al2O3 oxide layer was found to have different compositions in different aluminium alloys. These findings contribute useful additional information to the knowledge base of aluminium welding. The application of the findings of this study in welding will help reduce weld cost and improve high strength aluminium structure productivity by removing the need for pre-weld cleaning. Better understanding of aluminium weld metallurgy equips weld engineers with information for better aluminium weld design.

Jauhatusparametrien vaikutus jauhatustuotteen partikkelikokoon ja suodattuvuuteen

Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia ensin jauhatusparametrien vaikutus rikastushiekan hienousasteeseen eli miten partikkelikokojakaumaa kuvaavat partikkelikoot muuttuvat. Tämän jälkeen tutkitaan miten rikastushiekan hienousasteen muuttuminen vaikuttaa jauhettujen rikastushiekkalietenäytteiden suodattuvuuteen. Partikkelikokojakauman variaatioista yritetään löytää yhteys suodinkakun ominaisvastuksen ja huokoisuuden välillä. Jauhatus suoritettiin laboratoriomittakaavan helmimyllyllä märkäjauhatuksena. Jauhatusta varten tehtiin kolmitasoinen faktorikoesuunnitelma, jossa muuttujina ovat lasihelmien halkaisija, jauhatusaika ja sekoitinelimen pyörimisnopeus. Suodatus toteutettiin vakiopainesuodatuksena kolmella eri suodatuspaineella Nutsche-suodattimella. Työn tuloksista saatiin selville, että partikkelikokojakauman leveys korreloi suodinkakun ominaisvastuksen kanssa. Kun partikkelikokojakauma leveys muuttui kapeammaksi, saatiin kakun ominaisvastus pienemmäksi ja suodatukseen kulunut aika lyheni. Kapein partikkelikokojakauman leveys saatiin suurimmalla helmen halkaisijalla, pisimmällä jauhatusajalla sekä suurimmalla sekoitusnopeudella.