In material extrusion (MEX) processes, the quality of printed parts is known to vary depending on multiple different factors. The process parameter’s effect on print quality has been extensively studies, but the relationship between nozzle wear and print quality metrics has received relatively little attention. This thesis addresses that gap by examining the progressive wear of a brass nozzle over 600 printing hours with polylactic acid (PLA) filament and the effect of said wear on the part quality such as dimensional accuracy and surface roughness.
To study the effects on nozzle wear, an experimentation was set up. In this ex-periment, a test specimen was designed, and 30 parts of that design were printed to investigate the effect of nozzle wear. Both the nozzle and test specimen were measured at regular intervals. The nozzle’s inner diameter was measured with a stereo microscope to track changes, and the test specimen were analysed by surface roughness tests and dimensional measuring.
Results revealed an increase of 6% in the nozzle’s inner diameter. Simultaneously, surface roughness increased by 120%, but dimensional accuracy’s decline wasn’t as prominent with 24% decline. The correlation between the measurements of the nozzle and the test specimen was substantiated through statistical analysis. It was noted that environmental factors could lessen the reliability of the results.
A root cause analysis (RCA) tool, fishbone diagram, was used to visualize the major contributors to quality defects. The result of the experimentation indicates that nozzle wear is generated even with relatively soft materials like PLA and even modest nozzle degradation can lead to quality defects. This thesis adds to research about tool wear in MEX systems and suggests quality assurance protocols that could help manufacturers with predictive and correctly timed nozzle swaps to minimize waste in their MEX systems.Materiaaliekstruusiolla (MEX) valmistettujen kappaleiden laadun tiedetään vaihtelevan useiden eri tekijöiden vaikutuksesta. Prosessiparametrien vaikutuksesta kappaleen laatuun on tehty useita tutkimuksia, mutta suutinkärjen kulumisen ja laatutekijöiden välinen yhteys on saanut verrattain vähän huomiota. Tämä diplomityö pyrkii lisäämään tutkimusta messinkisen suutinkärjen kulumisesta noin 600 käyttötunnin aikana, kun käytössä on polylaktidinen (PLA) filamentti sekä ko. kulumisen vaikutuksista kappaleen laatuun geometrisen tarkkuuden ja pinnankarheuden osalta.
Jotta suutinkärjen kulumista ja sen vaikutuksia kappaleen laatuun voitiin analysoida, asiaa tutkittiin kokeellisesti. Tässä kokeessa testikappale suunniteltiin ja 30 kappaletta sen suunnitelman mukaisia kappaleita myös valmistettiin, jotta suutinkärjen kulumista päästiin tutkimaan. Sekä suutinkärki että testikappaleet mitattiin säännöllisin väliajoin. Suutinkärjen sisähalkaisijaa mitattiin stereomikroskoopilla muutosten dokumentoimiseksi, ja testikappaleet analysoitiin pinnankarheusmittauksilla sekä työntömitalla geometrisen mittatarkkuuden tulkitsemista varten.
Tuloksista huomattiin, että suutinkärjen sisähalkaisija kasvoi 6 % kokeen aikana. Samanaikaisesti pinnankarheus suurentui 120 prosenttia, mutta geometristen mittojen tarkkuus laski 24 prosenttia. Yhteys suutinkärjen ja testikappaleiden mittauksissa todistettiin tilastollisella analyysilla. Tässä otettiin huomioon, että ympäristön vaikutuksilla saattoi heikentää kokeen tulosten luotettavuutta.
Perussyyanalyysin (RCA) kalanruototyökalulla visualisoitiin suurimpia tekijöitä laatupoikkeamissa. Kokeen tulokset osoittavat, että suutinkärjen kuluminen voi aiheuttaa laatupoikkeamia. Tämä diplomityö lisää tutkimusta työkalujen kulumisesta MEX-järjestelmissä ja ehdottaa laadunvalvontakeinoja, jotka voivat auttaa valmistajia ennustavilla ja oikein ajoitetuilla toimenpiteillä, jotta hukkaa voidaan vähentää myös MEX-valmistuksessa.
