Voiko metallipinnoitus tehdä 3D-tulosteista vahvempia?
FDM-tekniikalla valmistettujen 3D-tulosteiden lujuus jää usein heikoksi kerrosrakenteen vuoksi. Erityisesti kerrosten väliset sidokset muodostuvat tulostusprosessissa heikommiksi kuin materiaalin sisäinen lujuus, mikä heikentää kappaleen kestävyyttä kuormituksen suuntautuessa kerroksia vastaan. Metallipinnoituksella voidaan kuitenkin parantaa kappaleiden vetolujuutta ja vähentää tulostussuunnasta johtuvia lujuuseroja.
3D-tulostus on yleistynyt nopeasti sekä harrastekäytössä että teollisuudessa. Erityisesti FDM-tulostus on suosittu menetelmä sen edullisuuden ja helppokäyttöisyyden vuoksi. Menetelmän suurin heikkous liittyy kuitenkin kerrosrakenteeseen, joka heikentää kappaleiden kestävyyttä erityisesti kerrosten kohtisuorasta suunnasta.
Rakenteellisissa sovelluksissa tämä voi muodostua ongelmaksi. Vaikka FDM-tulostus mahdollistaa monimutkaisten kappaleiden nopean valmistuksen, kappaleiden mekaaninen kestävyys ei aina riitä vaativiin käyttökohteisiin.
Metallipinnoite lisäsi vetolujuutta
Tulosten perusteella sekä kupari- että kupari-nikkelipinnoitus lisäsivät vetolujuutta kaikissa testatuissa PLA-kappaleissa. Suurin lujuuden kasvu saavutettiin kuparipinnoitetuilla kappaleilla, mikä viittaa siihen, että metallikerros osallistui kuorman kantamiseen eikä toiminut pelkästään pintakäsittelynä.
Pinnoituksen vaikutus näkyi erityisesti pystysuuntaisesti tulostetuissa kappaleissa, jossa veto kohdistui kerrosten kohtisuoraan suuntaan. Näiden kappaleiden lähtölujuus oli selvästi heikompi kuin vaakasuuntaisesti tulostettujen kappaleiden, mutta pinnoituksen jälkeen ero pieneni huomattavasti.
Esimerkiksi n. 0,35 mm paksu kuparipinnoitus lisäsi 5 × 5 mm vetetostikappaleen lujuuksia seuraavasti:
Vaakasuuntaisesti tulostettu, jossa lujuus oli noin 5-kertainen:
23 MPa → 120 MPa
Pystysuuntaisesti tulostettu, jossa lujuus oli noin 17-kertainen:
5 MPa → 81 MPa
Tuloksissa havaittiin, että:
- metallipinnoitus lisäsi vetolujuutta kaikissa testatuissa kappaleissa
- kuparipinnoitetut kappaleet saavuttivat parhaat tulokset
- pinnoitus pienensi eri tulostussuuntien välisiä lujuuseroja
Potentiaalia rakenteellisiin sovelluksiin
Tulokset viittaavat siihen, että metallipinnoite vahvistaa kerrosten välisiä heikkoja kohtia ja voi parantaa FDM-tulostettujen kappaleiden käyttömahdollisuuksia vaativammissa sovelluksissa.
Tuloksia voidaan kuitenkin pitää suuntaa antavina, sillä testit tehtiin pienellä näytemäärällä harrasteolosuhteissa ilman standardoitua vetokoelaitteistoa.
Lähde
Lämsä, E. 2026. 3D-tulostettujen polymeerikappaleiden vahvistaminen metallipinnoituksella – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.