Ilmankääntölaitteen alarungon rakenteen tuotekehitys
Nykyään tuotekehitysprosessin sijaan, voidaan myös puhua tuotekehitysprojektista – varsinkin silloin kun kyseessä on selkeästi projektimainen toteutus, jossa tavoitteet, resurssit ja aikataulut on määritelty (Hietikko (2021, 45).
Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyössä jatkettiin Ilmankääntölaitteen tuotekehitysprojektia, jota on jo työstetty aiemmissa opinnäytetöissä vuosina 2022 ja 2024:
- 2022 kartoitettiin kehitysmahdollisuuksia ja kulurakennetta, sekä suoritettiin kääntölaitteen benchmarkkaus, jonka avulla rajattiin kehityskohteita.
- 2024 suunnitteluprosessi keskittyi kääntölaitteen ylärunkoon eli kanteen, joka sitoo rakenteen yhteen. Tästä saatiin jo hyviä tuloksia, joskin todettiin että koko rakenne tulee huomioida FEM-analyyseissä.
- 2025 Turun AMK:n opinnäytetyössä jatkettiin rakenteen tuotekehitystä ja uudistettiin kääntölaitteen alarunko ja sisärakenne, sekä yhdistettiin kokonaisuus FEM-analyysejä varten. FEM-analyysin avulla tutkittiin uuden rakenteen jännityshuippuja, taipumaa ja lommahdusta.
Tuotekehitystyössä tulee aina huomioida mahdollinen toimeksiantajan tai asiakkaan vaatimuslista, joka määrää kehityskohteet ja asettaa sille ne raamit, joiden puitteissa tuotekehitystyö ja suunnittelutyö tulee suorittaa.
Tuotekehitystyössä tulee aina huomioida mahdollinen toimeksiantajan tai asiakkaan vaatimuslista, joka määrää kehityskohteen raamit
Vaatimuslista muodostui geometrisista ja lujuusteknisistä raja-arvoista, tavoitteena mahdollisimman kevyt ja edullinen rakenne, joka ei kuitenkaan heikennä laitteen toimivuutta.
Suunnittelun toteutus
Uusi rakenne ilmankääntölaitteelle mallinnettiin Catia 3d experience -ohjelmassa, jossa käytettävissä oli kääntölaitteen vanha malli, josta pystyttiin hyödyntämään vanhaa geometriaa uuden kääntölaitteen suunnittelussa. Tuotekehityksen tavoitteena oli keventää ja yksinkertaistaa rakennetta, sekä mahdollisuuksien mukaan huomioida DFM ja DFA suunnittelussa.
Kehitystyössä päästiin hyvin tuloksiin, osien lukumäärää saatiin karsittua reilusti ja painosta saatiin jopa 40% pois alkuperäisiin piirustuksiin verratessa.
Lujuustarkastelu
Suunnittelun jälkeen laitteelle suoritettiin lujuustarkastelu elementtimenetelmää hyödyntäen (FEM /FEA ). Lujuustarkastelussa keskityttiin paikallisiin jännityksiin (von mises), maksimi taipumaan ja lommahdusten (eli ohutlevyn paikallisten nurjahdusten) analysointiin.
FEM-analyysejä tehtiin useampi, jotta pystyttiin huomioimaan mahdolliset elementtimenetelmän ja keskipintamallin, sekä verkotuksen aiheuttaman virheet ja yksinkertaistukset. Osassa analyyseistä jäykistäviä rakenteita korvattiin lisäpainolla, minkä avulla pyrittiin erottamaan mahdollisen jäykistävien osien liian jäykkien liitosten muodostamia virheitä.
FEM-analyysin tulosten tarkastelun seurauksena todettiin rakenteen olevan riittävän jäykkä taipuman ja lommahdusten osalta, eikä jännitykset nousseet rakenteessa merkittävän korkeiksi. Kun huomioidaan käytetty materiaali, varmuuskerrointa jäi hyvin kaikissa tarkastelluissa osa-alueissa.
Tulokset
Opinnäytetyön tuloksena saatiin kehitettyä ilmankääntölaitteelle uusi yksinkertaisempi rakenne, jonka seurauksena laitteen valmistus-, materiaali- ja huoltokustannukset pienenevät. Uuden rakenteen soveltuvuus käyttötarkoitukseen varmennettiin vaatimuslistan ja FEM-analyysin avulla. Opinnäytetyö toimii aiempien kääntölaitteeseen liittyvien tuotekehityssuunnitelmien konseptien validointina (proof of concept) ja antaa tulosten perusteella vihreää valoa jatkaa tämän konseptin ja tuotekehityksen kanssa eteenpäin.
Lähteet:
Koivisto, S. 2025. Ilmankääntölaitteen alarungon rakenteen tuotekehitys : Valmet Technologies Oy – Theseus. Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.
Artikkelikuva: Freepik (www.freepik.com)
Hietikko, E., 2021. Tuotekehitystoiminta. 4., painos. Helsinki: Books on Demand.