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.

Kantatien 40 liikenneturvallisuustarkastus

Turun kehätie (kantatie 40) on osa Suomen tärkeintä kansainvälistä yhteyttä E18 ja EU:n tärkeäksi priorisoimaa Pohjolan kolmion liikennejärjestelmää. Kantatiellä on erittäin merkittävä rooli Varsinais-Suomen ja sen lähialueiden tieliikenne-, satama-, lentokenttä- ja rautatieasemayhteytenä. Kantatien parantamiseksi on laadittu lukuisia esi- ja tarvesuunnitelmia ja kantatien parantamista on sivuttu sekä liikennejärjestelmä- että kunnittaisissa liikenneturvallisuussuunnitelmissa. Pitkän tähtäimen toimenpidetarpeet ovat kyllä tiedossa, mutta rahoitus toimenpiteille puuttuu. Tästä johtuen kantatien parantamisen ensimmäisenä vaiheena on nyt laadittu liikenneturvallisuusauditointi, jossa on määritetty ensimmäisen ja toisen kiireellisyysvaiheen pienet, toteuttamiskelpoiset ja kustannustehokkaat parantamistoimenpiteet. Nykytilanteen analyysin, maastokäyntien ja työryhmätyöskentelyn pohjalta kantatielle 40 määritettiin yhteensä 258 parantamistoimenpidettä. Toimenpiteet jaettiin kolmeen kategoriaan: A) Ajoratamaalaukset, B) Liikennemerkkijärjestelyt ja C) Infratoimenpiteet. Raportissa kustakin kategoriasta on esitetty lukuisia toimenpide-esimerkkejä valokuvineen. Toimenpiteet jaettiin lisäksi kahteen kiireellisyysluokkaan ja jokaiselle toimenpiteelle esitettiin vastuutaho ja karkea yksikkökustannusarvio. Kaikkien hankkeiden yhteenlaskettu kustannusarvio on noin miljoona euroa. Erittäin pieniä toimenpiteitä ( = kiireellisyysluokka nro 1) on esitetty yhteensä 162 kpl ja niiden kokonaiskustannusarvio on noin 330 000 euroa. Muita kevyitä toimenpiteitä ( = kiireellisyysluokka nro 2) on esitetty yhteensä 96 kpl ja niiden kokonaiskustannusarvio on noin 670 000 euroa. Tässä selvityksessä esitettyjen pienten toimenpiteiden yhteenlaskettu laskennallinen henkilövahinko-onnettomuuksien vähenemä on 1,887 henkilövahinkoon johtanutta onnettomuutta vuodessa (nykyisin noin 18 heva-onnettomuutta vuodessa). Varsinais-Suomen ELY-keskus pyrkii resurssiensa rajoissa toteuttamaan tulevina vuosina esitettyjä toimenpiteitä. Toimenpiteiden toteutusta tullaan seuraamaan ja ensimmäinen seurantapalaveri järjestetään kahden vuoden kuluttua vuoden 2016 lopussa.

Tunturi-Lapin liikenneturvallisuussuunnitelma : Liikenneympäristö ja liikenneturvallisuustyön organisointi

Tunturi-Lapin liikenneympäristöä koskeva liikenneturvallisuussuunnitelma on laadittu, jotta liikenneturvallisuusongelmat ja niihin ideoidut parantamistoimenpiteet ovat selvillä kuntien ja ELY-keskuksen toiminta- ja taloussuunnittelussa. Liikenneturvallisuussuunnitelman laatimisen yhteydessä organisoitiin kuntien liikenneturvallisuusryhmien toimintaa. Nykytilanteen arviointi on laadittu sidosryhmätyöskentelyn, asukaskyselyn, taustarekisterien analysoinnin, maastokäyntien sekä sidosryhmien kanssa käytyjen vuoropuhelujen avulla. Pääosa liikenneturvallisuusongelmista sijoittuvat valtion ylläpitämille maanteille ja niissä oleviin liittymiin sekä matkailukeskuksien tieverkolle. Suunnitelman ja liikenneturvallisuustyön tavoitteet pohjautuvat vuonna 2012 valmistuneeseen valtakunnalliseen liikenneturvallisuussuunnitelmaan Tavoitteet Todeksi. Liikenneympäristöön kohdistuvina toimenpiteinä on esitetty mahdollisimman kustannustehokkaita ja helposti toteutettavia ratkaisuja, joista osa on toteutettavissa ilman tarkempaa jatkosuunnittelua esim. kunnossapitourakoiden yhteydessä. Suuri osa esitetyistä toimenpiteistä parantaa kevyen liikenteen turvallisuutta ajoneuvoliikenteen ajonopeuksia hillitsemällä sekä pääteiden liittymien liikenneturvallisuutta. Keskeisimmille taajama-alueilla oleville maanteille ja kaduille on suunniteltu rakenteellisia hidasteita (töyssyjä sekä korotettuja suojateitä ja liittymiä) ja suojatiesaarekkeita. Myös kevyen liikenteen verkon täydentäminen ja väylien valaistuksen rakentaminen ovat esitettyjen toimenpiteiden listalla. Toimenpiteille on määritelty jatkotoimenpiteet niiden toteutusvalmiuden hahmottamiseksi sekä alustavat kustannusarviot ja toteuttamiselle ohjeellinen kiireellisyysjärjestys. Esitettyjen toimenpiteiden karkea kustannusarvio on yhteensä 23,3 miljoonaa euroa, josta kuntien osuus ovat noin viisi miljoonaa euroa (22 %) ja ELY-keskuksen osuus noin 18,3 miljoonaa euroa (88 %). Valtion ylläpitämille maanteille kohdistuville toimenpiteille on laskettu TARVA-ohjelmalla ns. heva-vähenemä eli vuosittaisten henkilövahinko-onnettomuuksien vähenemä. Laskennallinen heva-vähenemä on 0,8 onnettomuutta vuodessa, mikä tarkoittaa noin 8 henkilövahinkoon johtanutta onnettomuutta vähemmän 10 vuoden aikana.

”Ihan okei lisä” – yliopiston fysiikan kurssin esitehtävät ja opiskelijoiden kokemukset niiden hyödyllisyydestä

Tässä työssä haastateltiin Turun yliopiston Fysiikan laitoksen Fysiikka 1 -kurssille syksyllä 2014 osallistuneita opiskelijoita ja analysoitiin kurssin ViLLE-esitehtäviä. Haastatteluissa kartoitettiin opiskelijoiden mielipiteitä ja kokemuksia kurssin esitehtävistä ja siitä, kuinka hyödyllisinä he näkivät nämä tehtävät oman oppimisensa kannalta. Erityisesti haluttiin saada selville, kuinka hyödyllisiä esitehtävät olivat opiskelijoiden mielestä verrattuna esimerkiksi luentoihin tai laskuharjoituksiin ja miksi. Opiskelijoiden vastauksia verrattiin esitehtävistä tehtyyn analyysiin kontekstin luomiseksi. Tutkimuksessa saatiin selville, että valtaosa opiskelijoista näkee esitehtävät hyödyllisenä lisänä luento-opetusta, mutta ne ovat selkeästi vähemmän hyödyllisiä kuin luennot, itsenäinen opiskelu ja laskuharjoitukset. Saatiin viitteitä siitä, että hyvin suunnitellut esitehtävät toimivat opetuksen esijäsentäjänä ja auttavat siten monia kurssilaisia ymmärtämään luentojen sisältöjä paremmin. Toisaalta kävi ilmi, että pääasiallinen motivaatio sille, miksi opiskelijat tekevät esitehtäviä, on niistä saatavat pistehyvitykset. Tutkimuksen tuloksia voi soveltaa fysiikan ja muiden tieteenalojen yliopisto-opetuksen kehittämisessä.

Sodankylän liikenneturvallisuussuunnitelma ; Liikenneympäristö ja liikenneturvallisuustyön organisointi

Sodankylän liikenneympäristöä koskeva liikenneturvallisuussuunnitelma on laadittu, jotta liikenneturvallisuusongelmat ja niihin ideoidut parantamistoimenpiteet ovat selvillä kunnan ja ELY-keskuksen toiminta- ja taloussuunnittelussa. Liikenneturvallisuussuunnitelman laatimisen yhteydessä organisoitiin samalla säännölliseen liikenneturvallisuustyöhön osallistuminen eli Sodankylän liikenneturvallisuusryhmän toiminta. Nykytilanteen arviointi on laadittu sidosryhmätyöskentelyn, asukaskyselyn, taustarekisterien analysoinnin, maastokäyntien sekä sidosryhmien kanssa käytyjen vuoropuhelujen avulla. Pääosa liikenneturvallisuusongelmista sijoittuvat valtion ylläpitämille maanteille ja niissä oleviin liittymiin, koska kunnan vilkkaimmat ja keskeisimmät väylät ovat maanteitä: valtatie 4 (Rovaniementie/Ivalontie), valtatie 5 (Kemijärventie), kantatie 80 (Kittiläntie) ja maantie 967 (Savukoskentie). Suunnitelman ja Sodankylän liikenneturvallisuustyön tavoitteet pohjautuvat valtioneuvoston 9.3.2006 hyväksymään liikenne- ja viestintäministeriön periaatepäätökseen liikenneturvallisuuden parantamiseksi. Periaatepäätös ja nyt luonnosvaiheessa oleva Liikenne- ja viestintäministeriön Tieliikenteen turvallisuussuunnitelma 2011-2014 ovat olleet taustalla määriteltäessä Sodankylän liikenneturvallisuuden parantamistavoitteita. Liikenneympäristöön kohdistuvina toimenpiteinä on esitetty mahdollisimman kustannustehokkaita ja helposti toteutettavia ratkaisuja, joista osa on toteutettavissa ilman tarkempaa jatkosuunnittelua esim. kunnossapitourakoiden yhteydessä. Toimenpiteiden suunnittelussa on huomioitu vuonna 2009 päivitetty valtateiden 4 ja 5 yleissuunnitelma. Suuri osa Sodankylän keskustaan esitetyistä toimenpiteistä parantaa kevyen liikenteen turvallisuutta ajoneuvoliikenteen ajonopeuksia hillitsemällä sekä valtatien 4 liittymien liikenneturvallisuutta. Keskeisimmille taajama-alueella oleville maanteille ja kaduille on suunniteltu rakenteellisia hidasteita (töyssyjä sekä korotettuja suojateitä ja liittymiä) ja suojatiesaarekkeita. Myös kevyen liikenteen verkon täydentäminen ja väylien valaistuksen rakentaminen ovat esitettyjen toimenpiteiden listalla. Valtatien 4 liittymien liikenneturvallisuutta pyritään parantamaan rakentamalla mm. väistötiloja ja sivusuunnan tulppasaarekkeita sekä parantamalla opastusta ja viitoitusta. Toimenpiteille on määritelty jatkotoimenpiteet niiden toteutusvalmiuden hahmottamiseksi sekä alustavat kustannusarviot ja toteuttamiselle ohjeellinen kiireellisyysjärjestys. Esitettyjen toimenpiteiden karkea kustannusarvio on yhteensä 4,9 miljoonaa euroa, josta kunnan osuus on noin 2,8 miljoonaa euroa (57 %) ja ELY-keskuksen osuus noin 2,1 miljoonaa euroa (43 %). Kiireelliseksi arvioitujen hankkeiden kustannusarvio on yhteensä noin 1,0 miljoonaa euroa. Valtion ylläpitämille maanteille kohdistuville toimenpiteille on laskettu TARVA-ohjelmalla ns. heva-vähenemä eli vuosittaisten henkilövahinko-onnettomuuksien vähenemä. Laskennallinen heva-vähenemä on 0,47 onnettomuutta vuodessa, mikä tarkoittaa noin viisi henkilövahinkoon johtanutta onnettomuutta vähemmän 10 vuoden aikana.

Valtatien 2 liikenneturvallisuustarkastus välillä Loimaa–Pori

Valtatie 2 Helsingistä Poriin toimii Satakunnan maakunnan pääliikenneyhteytenä pääkaupunkiseudulle ja se kuuluu EU:n päättämään TEN-T-verkkoon. Yhteysvälin pituudesta puolet sijaitsee Varsinais-Suomen ELY-keskuksen alueella ulottuen Loimaan, Huittisten, Kokemäen, Harjavallan, Nakkilan, Ulvilan ja Porin alueelle. Valtatietä on vuosien saatossa parannettu kohteittain pienempinä kokonaisuuksina: on porrastettu liittymiä, on rakennettu eritasoliittymiä ja vilkkaimmille osuuksille on tehty nelikaistaistuksia ja ohituskaistoja. Nykyisen tien liikennemäärät ja palvelutaso vaihtelevat kuitenkin osuuksittain merkittävästi. Valtatien parantamiseksi on laadittu erillissuunnitelmia ja valtatien parantamista on sivuttu sekä liikennejärjestelmä- että kunnittaisissa liikenneturvallisuussuunnitelmissa. Koko valtatien 2 parantamiseksi on käynnistymässä vuonna 2016 palvelutasolähtöinen kehittämisselvitys. Nykytilanteen analyysin, maastokäyntien ja työryhmätyöskentelyn pohjalta valtatielle 2 on määritetty yhteensä yli 90 parantamiskohdetta, joihin on esitetty noin 250 toimenpidettä. Toimenpiteet on jaettu kolmeen kategoriaan: A) Ajoratamaalaukset, B) Liikennemerkkijärjestelyt ja C) Infratoimenpiteet. Suurin osa toimenpiteistä on pieniä, kustannustehokkaita ja nopeasti toteutettavissa olevia. Toimenpiteet on jaettu kahteen kiireellisyysluokkaan ja jokaiselle toimenpiteelle on esitetty vastuutaho ja karkea yksikkökustannusarvio. Kaikkien hankkeiden yhteenlaskettu kustannusarvio on 9,9 miljoonaa euroa (osa kustannusarvioista puuttuu, koska toimenpiteet vaativat jatkosuunnittelua). Selvityksessä esitettyjen toimenpiteiden yhteenlaskettu laskennallinen henkilövahinko-onnettomuuksien vähenemä on 1,6 henkilövahinkoon johtanutta onnettomuutta vuodessa (nykyisin 22 heva-onnettomuutta vuodessa). Varsinais-Suomen ELY-keskus pyrkii resurssiensa rajoissa toteuttamaan tulevina vuosina esitettyjä toimenpiteitä. Toimenpiteiden toteutusta tullaan seuraamaan ja ensimmäinen seurantapalaveri järjestetään kahden vuoden kuluttua vuoden 2018 lopussa.

Valtatien 12 liikenneturvallisuustarkastus välillä Eura–Raijala

Valtatiellä 12 on merkittävä rooli Rauman seudun teollisuuden ja Rauman sataman kuljetusten reittinä sisämaahan. Tarkasteluväli Eura–Raijala sijoittuu Euran, Säkylän ja Huittisten alueelle ja sen merkittävimpiä ongelmia ovat raskaan liikenteen aiheuttama turvattomuus kapealla tiellä ja turvattomat tasoliittymät Euran keskustan ja Ristolan kohdalla. Valtatien parantamiseksi on laadittu toimenpideselvitys 2001 ja toimenpidepäätös 2005, joissa merkittävimpänä parannustoimenpiteenä on esitetty tien leventämistä ja tasoliittymien parantamista. Seuraavana suunnitteluvaiheena on tie- ja rakennussuunnitelman laatiminen, joka aloitetaan syksyllä 2016. Valtatien liikennemäärä on välillä 2 700 – 5 700 ajon./vrk (suurin liikennemäärä Euran kohdalla, pienin välillä Ristola–Raijala). Tarkasteluvälillä tapahtuu keskimäärin 36 onnettomuutta vuodessa (kuolemaan johtanut onnettomuus noin joka toinen vuosi). Kaikista onnettomuuksista 49 % on vain pääsääntöisesti omaisuusvahinkoihin johtavia peura- ja hirvionnettomuuksia. Nykytilanteen analyysin, maastokäyntien ja työryhmätyöskentelyn pohjalta valtatielle 12 on määritetty yhteensä 19 parantamiskohdetta, joihin on esitetty noin 60 yksittäistä toimenpidettä. Toimenpiteet on jaettu kolmeen kategoriaan: A) Ajoratamaalaukset, B) Liikennemerkkijärjestelyt ja C) Infratoimenpiteet. Suurin osa toimenpiteistä on pieniä, kustannustehokkaita ja nopeasti toteutettavissa olevia. Kaikkien hankkeiden yhteenlaskettu kustannusarvio on noin 666 000 euroa (osa kustannusarvioista puuttuu, koska toimenpiteet vaativat jatkosuunnittelua). Selvityksessä esitettyjen toimenpiteiden yhteenlaskettu laskennallinen henkilövahinko-onnettomuuksien vähenemä on 0,5 henkilövahinkoon johtanutta onnettomuutta vuodessa (nykyisin kuusi heva-onnettomuutta vuodessa). Varsinais-Suomen ELY-keskus pyrkii resurssiensa puitteissa toteuttamaan tulevina vuosina esitettyjä toimenpiteitä. Suuremmat toimenpidetarpeet tullaan sisällyttämään vuonna 2016 laadittavaan tie- ja rakennussuunnitelmaan ja toteutetaan tien kokonaisvaltaisen parantamisen yhteydessä.