Influence of process parameters on part quality and mechanical properties for DMLS and SLM with iron-based materials

Rapid manufacturing is an advanced manufacturing technology based on layer-by-layer manufacturing to produce a part. This paper presents experimental work carried out to investigate the effects of scan speed, layer thickness, and building direction on the following part features: dimensional error, surface roughness, and mechanical properties for DMLS with DS H20 powder and SLM with CL 20 powder (1.4404/AISI 316L). Findings were evaluated using ANOVA analysis. According to the experimental results, build direction has a significant effect on part quality, in terms of dimensional error and surface roughness. For the SLM process, the build direction has no influence on mechanical properties. Results of this research support industry estimating part quality and mechanical properties before the production of parts with additive manufacturing, using iron-based powders

Arqueometria ceràmica: una arqueologia ceràmica amb més informació

[spa] En el presente artículo se presentan los tres grandes ámbitos en los que se desarrolla la investigación arqueométrica sobre cerámicas: la identificación de los materiales, la proveniencia de los artefactos y la tecnología en la que se inscriben. El artículo hace una incidencia especial en aquello que se entiende por tecnología, indicando que la tecnología de producción es únicamente una parte de la misma, y que el concepto básico es el de diseño, que debe adecuarse a una multiplicidad de características de desempeño, explicadas por la cadena conductual en la cual transcurre la vida de los artefactos. Dado que las culturas se expresan por medio de artefactos, la vertiente material de éstos refleja, aunque sólo sea en parte, los compromisos que dichos artefactos tienen en las culturas en estudio. La arqueometría, con un cuerpo teórico y metodológico adaptado a la investigación de esta vertiente natural de los artefactos, aparece así como una forma complementaria de hacer arqueología y no como un campo de estudio diferenciado.

SQualTrack: A Tool for Robust Fault Detection

One of the techniques used to detect faults in dynamic systems is analytical redundancy. An important difficulty in applying this technique to real systems is dealing with the uncertainties associated with the system itself and with the measurements. In this paper, this uncertainty is taken into account by the use of intervals for the parameters of the model and for the measurements. The method that is proposed in this paper checks the consistency between the system's behavior, obtained from the measurements, and the model's behavior; if they are inconsistent, then there is a fault. The problem of detecting faults is stated as a quantified real constraint satisfaction problem, which can be solved using the modal interval analysis (MIA). MIA is used because it provides powerful tools to extend the calculations over real functions to intervals. To improve the results of the detection of the faults, the simultaneous use of several sliding time windows is proposed. The result of implementing this method is semiqualitative tracking (SQualTrack), a fault-detection tool that is robust in the sense that it does not generate false alarms, i.e., if there are false alarms, they indicate either that the interval model does not represent the system adequately or that the interval measurements do not represent the true values of the variables adequately. SQualTrack is currently being used to detect faults in real processes. Some of these applications using real data have been developed within the European project advanced decision support system for chemical/petrochemical manufacturing processes and are also described in this paper

Tarkkuuselektroniikkatuotteen elinkaariarviointi tuotesuunnittelun tueksi

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia tarkkuuselektroniikkatuotteen ympäristönäkökohtia elinkaariarvioinnin avulla. Työn osana tehtiin elinkaariarviointi (LCA) kahdelle tarkkuuselektroniikkatuotteelle. LCA:ssa keskityttiin elinkaaren kehdosta-asiakkaalle-vaiheisiin. Työn tavoitteena oli tuottaa määrällistä ja laadullista tietoa valittujen tuotteiden ympäristövaikutuksista. Selvitys tehtiin yrityksen tuotesuunnittelun tueksi. LCA:n inventaarioanalyysiin kerättiin prosessikohtaista tietoa selvityksen aikana. Myös kaupallista LCA-ohjelmaa ja sen tarjoamia tietopankkeja hyödynnettiin elinkaariarvioinnin toteuttamisessa. Teoriaosassa esitellään LCA-menetelmä. Lisäksi tarkastellaan elinkaariarviointiin liittyviä tuotekohtaisia ympäristökysymyksiä. Työssä eritellään myös yleisesti tarkkuuselektroniikkatuotteen eri osien elinkaareen vaiheita ja niihin liittyviä ympäristönäkökohtia. Kokeellisessa osassa kuvataan kahdelle tuotteelle tehtyä LCA-tapaustutkimusta. Elinkaariarvioinnin inventaariotiedon lähteet kuvataan. Inventaarioanalyysin ja vaikutusarvioinnin avulla tuodaan esille tuotteiden ympäristökuormaan merkittävimmin vaikuttavat prosessit ja elinkaaren vaiheet. Lisäksi tarkastellaan miten tapaustuotteiden ympäristökuormaa voitaisiin pienentää kahden esimerkin avulla. Lopuksi annetaan suosituksia jatkotoimenpiteistä tuotesuunnitteluun ja tiedonkeruuseen.

Máscaras mecânicas de sombra por eletrocorrosão para dispositivos eletro-ópticos

Shadow masks are used in manufacturing processes for electro-optic devices to transfer patterns with different shapes and dimensions. For fabrication of organic based devices, shadow masks should be made of materials stable against organic solvents, high temperature, and robust, remaining unchanged after multiple cycles of use and fixation. Thus, stainless steel is suitable for shadow masks. A simple, cheap and quick method of obtaining shadow masks by electrochemical corrosion of stainless steel is reported. The shadow mask was used to evaporate cathode material to obtain an organic light emitting diode with active area of 9 mm². This device exhibited a turn-on voltage of 5 V and luminance of 14 cd/m².

Uuden valmistusteknologian käyttöönottoprosessin kuvaaminen

Raskaassa teollisuudessa perinteisten valmistusmenetelmien kehitys vaatii uusiin valmistusteknologioihin investoimista ja niiden käyttöönottoa. Valmistusteknologioiden käyttöönottoja johdetaan yrityksissä useimmiten yksittäisinä projekteina. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää, voidaanko valmistusteknologian käyttöönotoissa tunnistaa yhteisiä piirteitä ja onko niihin mahdollista soveltaa prosessijohtamisen menetelmiä. Tutkimuksen taustan muodostaa kirjallisuusselvitys aiemmin julkaistuista aihepiiriin liittyvistä tutkimuksista. Tärkeimmät teoreettiset viitekehykset aiemmista tutkimuksista ovat Taskisen julkaisu tuotantoprosessin muutoksen vaiheista sekä muutoksen mittaristosta, sekä Carillon ja Gaimonin tutkimus valmistusprosessin muutostavoitteista sekä niiden resursoinnista. Lisäksi prosessijohtamisen käsitteet ja yleisimmät prosessien kuvaamisen standardimenetelmät esiteltiin. Työssä tutustutaan suomalaisessa raskaan teollisuuden kasvuyrityksessä tehtyihin valmistusteknologian käyttöönottojen suorituksiin ja niissä havaittuihin kehityskohteisiin. Näiden kehityskohteiden ja teoreettisten viitekehysten perusteella luotiin prosessimalli valmistusteknologian käyttöönotosta. Tutkimuksessa havaittiin, että uuden valmistusteknologian käyttöönotto noudattaa tuotantoprosessiin tehtävien muutosten teoriaa, ja siitä voidaan tunnistaa käyttöönoton tyypistä riippumattomia toistuvia vaiheita. Nämä vaiheet ja toiminnot on mahdollista kuvata prosessiksi, jota voidaan kehittää käyttöönottojen suorituksesta saatujen kokemusten ja mittaustuloksien avulla.

DFMA-ohjeistuksen laatiminen tuulivoimateollisuuden mekaniikkasuunnittelijoille

Osien hyvä valmistettavuus on aina asettanut haasteita suunnittelulle. Yritysten verkostoituminen lisää haasteellisuutta, kun tuotteiden suunnittelu tehdään erillään kokoonpanosta ja osavalmistus tapahtuu alihankintana. Tällöin on ensiarvoisen tärkeää, että suunnittelulla on tarvittavat perustiedot eri valmistusmenetelmistä, jotta suunniteltujen osien valmistus ja kokoonpano luonnistuu ongelmitta. Työn alun kirjallisuusosiossa käsitellään suunnittelun teoriaa, joka toimii perustana hyvälle osasuunnittelulle. Teorian lisäksi työssä käsitellään eri työmenetelmiä koskevat rajoitukset ja mahdollisuudet. Oikein suunniteltu osa on työstömenetelmien kannalta hyvin valmistettavissa, työ voidaan tehdä taloudellisilla työmenetelmillä ja kokoonpanossa osat sopivat yhteen ilman sovitustyötä. Käytännön osuudessa on käsitelty The Switch Drive Systems Oy:n tuotteiden valmistettavuuden kehityskohteita, joilla tuotteiden valmistettavuutta voidaan parantaa. Kehityskohteiden perusteella on laadittu valmistusmenetelmäkohtainen suunnittelun ohjeistus, jonka avulla kehitetään The Switchin suunnittelua vastaamaan paremmin laitetoimittajien tarpeisiin. Näiden ohjeistuksien avulla voidaan kehittää suunnittelutyötä siten, että osien valmistettavuus sekä laatu paranevat ja kokoonpano nopeutuu.

Pk-yrityksen layout-suunnittelu ohutlevytuoteteollisuudessa

Diplomityössä käsitellään omistajanvaihdon myötä tapahtuvaa yritysten yhdentymistä pkt- sektorilla. Tutkimuksen tarkoituksena oli suunnitella layout uuteen halliin sekä suunnitella muuttoprosessi kokonaisuudessaan. Tutkimuksessa käsiteltiin koneiden siirron lisäksi myös yritysten yhdentymistä ja yritysfuusiota. Ratkaisumalleja haettiin kirjallisuudesta, tuotannon seuraamisesta ja edellisistä muutoista syntyneistä kokemuksista. Työn aikana kartoitettiin yritysten nykytilanne ja etsittiin siellä olevat parantamista vaativat kohdat. Lisäksi selvitettiin yritysten tuotanto layout -suunnittelua varten. Layoutin tekemisen runkona käytettiin Mutherin -layoutkaaviota. Tietojen pohjalta tehtiin kolme erillistä mallia, joista hyötyarvomatriisia hyväksi käyttäen valittiin yksi. Lisäksi yritysten yhdentymisen työkirjan avulla tehtiin lista tarvittavista toimenpiteistä ennen muuttoa sekä muuton jälkeen. Tutkimuksessa käsiteltiin myös yrityksen ohjelmainvestointeja sekä levytyökeskuksen että laserleikkauskoneen nestaukseen. Lisäksi työssä käsiteltiin myös uusia koneinvestointeja ja uutta organisaatiokaaviota.

Ohutlevytuotteen valmistuskustannusten määrittely suunnitteluvaiheessa

Diplomityössä kehitetään ABB Oy Drives:lle menetelmää, jolla voidaan ennustaa ohutlevyosien ja niistä koostuvien kokoonpanojen hintaa ilman tarkkaa valmistuksellista geometriatietoa. Työ on osa Tekesin rahoittamaa Piirre 2.0 -projektia. Työn teoriaosa määrittelee lyhyesti ohutlevytuotteet ja niiden valmistusmenetelmät. Laajemmassa teoriatarkastelussa ovat erilaiset ohutlevytuotteiden valmistuskustannusten ennustamismenetelmät regressioanalyysin käyttöön painottuen. Käytännön osiossa määritetään Finn-Power LP6 -levytyökeskuksen suorituskyky ja muodostetaan työaikalaskuri kerättyyn tietoon perustuen. Lisäksi muodostetaan regressioanalyysit kahden eri alihankkijan valmistamien ohutlevytuotteiden pohjalta. Regressiotekniikoiden avulla etsitään kustannuksiin voimakkaasti vaikuttavat parametrit ja muodostetaan laskukaava valmistuskustannusten ennustamiseen. Lopuksi vertaillaan teorian ja käytännön osien yhteensopivuutta ja etsitään syitä havaittuihin eroihin. Tutkimustulosten hyödyntämismahdollisuuksien ohella esitetään myös eräitä jatkokehitysehdotuksia.

Optimization of NMP extraction in 1, 3-butadiene production line

N-methylpyrrolidone is a powerful solvent for variety of chemical processes due to its vast chemical properties. It has been used in manufacturing processes of polymers, detergents, pharmaceuticals rubber and many more chemical substances. However, it creates large amount of residue in some of these processes which has to be dealt with. Many well known methods such as BASF in rubber producing units have tried to regenerate the solvent at the end of each run, however, there is still discarding of large amount of residue containing NMP, which over time, could cause environmental concerns. In this study, we have tried to optimize regeneration of the NMP extraction from butadiene production. It is shown that at higher temperatures NMP is separated from the residue with close to 90% efficiency, and the solvent residue proved to be the most effective with a 6: 1 ratio.

Hammashihnajohdeakseleiden liikkeiden synkronointi

Nykyisessä valmistusteollisuudessa erilaisten robottien ja automatisoitujen tuotantovaiheiden rooli on erittäin merkittävä. Tarkasti suunnitellut liikkeet ja toimintavaiheet voidaan nykyisillä järjestelmillä ajoittaa tarkasti toisiinsa nähden, jolloin erilaisten virhetilanteidenkin sattuessa järjestelmä pystyy toimimaan tilanteen edellyttämällä tavalla. Automatisoinnin etuna on myös tuotannon muokkaaminen erilaisten tuotteiden valmistamiseen pienillä muutoksilla, jolloin tuotantokustannukset pysyvät matalina myös pienten valmistuserien tapauksissa. Usean akselin laitteissa eli niin sanotuissa moniakselikäytöissä laitteen toimintatarkkuus riippuu jokaisen liikeakselin tarkkuudesta. Liikkeenohjauksessa on perinteisesti ollut käytössä myötäkytketty paikkakaskadi, jonka virityksessä otetaan huomioon akselilla olevat erilaiset dynaamiset tilat ja käytettävät referenssit. Monissa nykyisissä hajautetuissa järjestelmissä eli moniakselikäytöissä, joissa jokaiselle akselille on oma ohjauslaite, ei yksittäisen akselin paikkavirhettä huomioida muiden akseleiden ohjauksessa. Työssä tutkitaan erilaisia moniakselijärjestelmien ohjausmenetelmiä ja myötäkytketyn paikkakaskadin toimintaa moniakselikäytössä pyritään parantamaan tuomalla paikkasäätimen rinnalle toinen säädin, jonka tulona on akseleiden välinen paikkaero.

Liiketoimintamalli teollisuuden ylijäämälämmön hyödyntämisestä kaukolämpöverkoissa

Tässä työssä tarkastellaan teollisuuden ylijäämälämmön hyödyntämistä kaukolämpöverkoissa liiketoimintamallin näkökulmasta. Työn tilaaja on YIT Teollisuus Oy, joka haluaa osaltaan olla mukana ratkaisemassa ilmastonmuutoksesta ja hiilidioksidipäästöjen vähentämistarpeista aiheutuvia yhteiskunnan kehitystarpeita. Energiatehokkuuden parantaminen on yksi nopeimmista keinoista vähentää päästöjä. Teollisuuden energiatehokkuutta voidaan parantaa ottamalla talteen sähköntuotannossa ja tuotantoprosesseissa syntyvää ylijäämälämpöä. Aikaisempien tutkimusten perusteella tiedetään, että Suomessa syntyy vuosittain noin 4–6 TWh ylijäämälämpöä, joka voitaisiin hyödyntää jo olemassa olevien kaukolämpöverkkojen välityksellä rakennusten lämmittämiseen. Kuitenkin vuonna 2008 teollisuus myi ylijäämälämpöä kaukolämpöverkkoihin yhteensä vain 770 GWh, mikä vastaa noin 2,5 prosenttia kokonaiskaukolämmön tarpeesta. Tämän työn tuloksena syntyi liiketoimintamalli, joka esittelee ne palvelut, jotka YIT tuottaa asiakkailleen tilanteissa, joissa teollisuudessa syntyvää ylijäämälämpöä hyödynnetään kaukolämpöverkoissa. Jotta liiketoimintamalli toimisi käytännössä, on siitä oltava hyötyä kaikille osapuolille. Asiakkaan on siis voitava kattaa palvelusta ja sen rahoituksesta syntyvät kustannukset myydyn ylijäämälämmön tuotolla (teollisuuslaitos) tai säästyneistä energian hankintakustannuksista (kaukolämpöyhtiö). Eniten ylijäämälämmön käytöstä voivat hyötyä kaukolämpöyhtiöt, joiden tuotannosta korkeintaan pieni osa tulee yhteistuotannosta ja joilla uusiutuvien energialähteiden osuus on vähäinen. Lisäksi kaukolämpöverkon koon vuotuisena kulutuksena mitattuna on oltava riittävän suuri ja kaukolämmön hinnan suhteellisen korkea. Myös alueen ennustettu väestönkasvu ja uudet suunnitteilla olevat asuinalueet saattavat parantaa ylijäämälämmön hyödyntämisen houkuttelevuutta. YIT:n näkökulmasta ylijäämälämmön talteenottoprojektit ovat hyvä lisä sen nykyiseen palvelutarjontaan. Myös yhteiskunnallisella tasolla aihe on merkittävä. Vaikka nykytietämyksen mukaan energian käytön tehostaminen ja päästöttömän tuotannon lisääminen ovat molemmat yhtä merkittäviä keinoja ilmastotavoitteiden saavuttamisen kannalta, panostetaan Suomessa tällä hetkellä lähinnä tuotannon tukemiseen. Lähivuosien poliittiset ratkaisut vaikuttavatkin vahvasti siihen, kuinka paljon tulevaisuudessa ylijäämälämpöä hyödynnetään rakennusten lämmittämisessä.

Hybridikomposiittien hyödyntäminen tuulivoimalan rakenteissa

Diplomityön tarkoituksena oli tutkia hybridikomposiittien soveltuvuutta tuulivoimalan osien tai osakokonaisuuksien rakennemateriaaliksi. Lähtökohtana oli selvittää erityisesti luonnonkuitukomposiitin materiaaliteknisten ominaisuuksien, etenkin lujuusominaisuuksi-en soveltuminen tuulivoiman rakenteisiin. Työn johdanto-osuudessa esitellään tuulivoiman rooli tämän päivän energiantuotannossa, yksittäisen tuulivoimalalaitoksen rakenne, rakenteiden suunnittelussa huomioitavat seikat, voimalan eri osien kuten tornin, lapojen ja nasellin yleisimmät valmistusmenetelmät, sekä muovien ja eri lujitteiden ohella puumuovikomposiitin materiaaliominaisuudet, valmistus-menetelmät ja yleisimmät käyttökohteet. Hybridikomposiittien lujuusominaisuuksia tutkittiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston puutekniikan laboratoriossa suoritetuissa mittauksissa. Saatuja tuloksia verrattiin referens-situlosten ohella myös tällä hetkellä tuulivoimalan rakenteissa yleisesti käytettävien lasi- ja hiilikuidun, sekä teräksen ominaisuuksiin. Mittaustulosten perusteella bambu- ja lasikuitu-lujitteiset puumuovikomposiitit soveltuvat parhaiten tuulivoimalarakenteisiin, mutta niiden valmistaminen ekstruusiomenetelmällä on melko haasteellista.

Feasibility study of metal to polymer hybrid joining

The increasing demand for lightweight components has led to a huge exploitation of non-metallic materials such as polymers, fibers and elastomers in industrial and manufacturing processes. Recent trends towards cost effectiveness, weight reduction and production flexibility in industrial production and manufacturing processes has led to a growing interest in hybrid components where two or more dissimilar materials coexist to achieving specifically optimized characteristics. The importance of this research is to serve as a bridge to understanding the theories behind various joining techniques and the adaptation of the process for metal to polymer hybrid joints. Moreso, it helps companies to select the most productive and yet economical joining process for realization of lightweight metal to polymer hybrid components. This thesis is a literature review analyzing various materials that has been published on various joining methods for metal to polymer hybrid joints on the feasibility and eventual realization of the joint between these dissimilar materials. This study is aimed at theoretically evaluating the feasibility of joining processes between metal and plastic components by exploiting exhaustively joining and welding sources.

Biomass fractionation

The objective of this master's thesis was to develop a process to increase the value of residual fungal biomass as an animal feed. The increase in value is achieved by enriching the protein content in the biomass and potentially isolating other valuable fractions for productisation. In the literature part of this thesis the composition of fungal biomass and fungal cell wall and the factors affecting them during cultivation are presented. The possible processing options are also presented and evaluated. The soy protein and single cell protein product manufacturing processes are used as examples due to the lack of fungal biomass fractionation processes found in published literature. The second part of this thesis was performed by making laboratory experiments on the developed process, which consisted of acid hydrolysis with subsequent ethanol extraction. Chitin was precipitated from the acid hydrolysate filtrate. The experiments were conducted with three different hydrolysis temperatures and three different acid concentrations. The optimal hydrolysis conditions were 60 °C with 10 %-vol acid concentration. Optimal conditions in hydrolysis resulted in 30 % increase in protein content in the final biomass. The conceptual process was modelled to scale of 10 000 t/a biomass feed. The mass and energy balances were based on the laboratory experiments. Economic calculations were performed to determine the maximal capital expense while achieving 10 % internal rate of return for the investment. For the basic case the capital expense threshold was 25.8 M€. Four optional cases and parameter sensitivity analysis were performed to determine the effects of changes in the process. The chitin sales had the greatest impact of the individual parameters.