Metallien ruiskuvalun tuotekehitysympäristö

Jukka Tulonen

Metallien ruiskuvalulla voidaan tuottaa monimutkaisia kappaleita suhteellisen pienin kustannuksin. Karelia-ammattikorkeakoulu on tekemässä teollisuuden tarpeisiin vastaavaa tuotekehitysympäristöä yhdessä teollisuuden kanssa. Uuden teknologian käyttöönotto nojaa vahvasti Karelia-ammattikorkeakoulun tarkkuustekniikan painoalaan.

Mitä se on?

Ruiskuvalu on prosessi, jolla tehdään miljardeja muovituotteita vuosittain, mikroskooppisin pienistä monimetrisiin. Siinä sulatetaan muovia, joka ruiskutetaan suurella paineella muottiin, jossa muovi jäähtyy ja otetaan lopulta ulos lopullisen tuotteen muotoisena. Menetelmää voidaan käyttää myös metallien ja keraamien kanssa, jolloin puhutaan MIM- tai CIM-prosesseista. Lyhenteet tulevat termeistä Metal tai Ceramic Injection Moulding. Silloin käytetään materiaalia, jossa on pieni osa muovia ja suuri osa metalli- tai keraamijauhetta. Muovi saa seoksen virtaavaksi, jolloin muotin täyttäminen onnistuu. Seuraavassa vaiheessa muovi pitää poistaa jauheen ympäriltä. Lopuksi yhteenliimautunut jauhe sintrataan yli tuhannen asteen lämpötilassa, jolloin hauraasta ja huokoisesta kappaleesta tulee tiivis ja mekaanisilta ominaisuuksiltaan esimerkiksi koneistettua tuotetta vastaava. Sintrauksen aikana kappale kutistuu huomattavasti, tyypillisesti yli kymmenen prosenttia.

Miksi sitä tehdään?

MIM on alkanut herättää kasvavaa kiinnostusta teollisuudessa. Sen avulla voidaan valmistaa monimutkaisia kappaleita edullisesti esimerkiksi koneistukseen verrattuna, etenkin jos tuotantomäärät ovat tuhansista ylöspäin. Menetelmän avulla voidaan myös säästää huomattava määrä materiaalia, sillä raaka-ainehukkaa ei juurikaan tule. Koneistuksessa aloitetaan metallipalasta, josta suuri tai suurin osa poistuu koneistuksen aikana lastuna. MIM-menetelmässä tällaista hukkaa ei ole. Yksi teollisuutta kiinnostava tekijä on materiaalikehitys. Suuri sintrauksen aikainen kutistuma on ollut perinteisesti ongelma, koska sen arvioiminen on ollut usein hankalaa. Viimeaikainen materiaalien kehitys on parantanut tilannetta oleellisesti.

Miksi Karelia-ammattikorkeakoulu on siinä mukana?

MIM-prosessi nojaa vahvasti muottitekniikkaan. Muotit ovat tarkkuustuotteita, joten Karelia-ammattikorkeakoulun tarkkuustekniikan painoala on erinomainen tukijalka MIM-muottien suunnitteluun ja valmistukseen mahdollistaen tuotekehitysympäristön kehittämisen. Yksi suurimmista teollisuuden kohtaamista ongelmista MIM:n suhteen on tuotekehityksen vaatima aika. Projektin aloituksesta ensimmäisiin massatuotettuihin kappaleisiin voi mennä kaksi vuotta ja tämä koetaan kestämättömäksi tilanteeksi. Tuotekehitysympäristön pitäisi tuoda tätä aikaa oleellisesti alaspäin, pääosin tuotekehityksen alkupään sujuvamman etenemisen ansiosta. Ympäristömme avulla materiaalitestit ja tuotemuutokset ovat oleellisesti nopeammin toteutettavissa.

Mitä ollaan tekemässä?

Tuotekehitysympäristö käyttää osin jo Karelia-ammattikorkeakoulussa olevia laitteita, kuten työstökeskuksia, mittalaitteita ja ruiskuvalukoneita. Karelia-ammattikorkeakoussa on myös osaavaa henkilökuntaa laitteitten käyttöön. Siksi meillä voidaan valmistaa hyviä muotteja ja valaa laadukkaita kappaleita. Muut laitteet on investoitava. Tähän on jo saatu rahoitus. Uudet laitteet mahdollistavat muovin tai muun sideaineen poiston valetusta kappaleesta sekä hallitun sintrauksen. Näin koko tuotantoketju on saman katon alla. Silloin tiedonsiirto on helppoa ja mahdollisiin ongelmiin tai muutostarpeisiin reagointi nopeaa.

Osana projektia toteutetaan myös yrityskoulutuksia. MIM-osien suunnittelu on erilaista koneistettaviin osiin verrattuna. Tiettyjen asioiden parempi hallinta tuo paremman laatuisia kappaleita ja suuria kustannussäästöjä. Koulutuksissa käydään läpi koko valmistusketju suunnittelijan pöydältä kokoonpanoon asti, jotta eri vaiheiden vaatimukset tuotteelle tulisivat huomioonotetuiksi.

Jukka Tulonen, lehtori, opinto-ohjaaja
Karelia-ammattikorkeakoulu