Teollisen 3D-tulostuksen kenttä muuttuu – oletko muutoksessa mukana?

3D-tulostaminen nousi lähes kaikkien tietoisuuteen vuonna 2013, jolloin kuluttajien 3D-tulostus oli Gartnerin niin kutsutun hype-käyrän huipulla. Teknologiaa on kuitenkin taustalla kehitetty jo pitkään. 3D-tulostamisen teollinen hyödyntäminen lisääntyy noin 30 prosentin vuosivauhdilla ja erityisen voimakasta kasvu on ollut metallien tulostamisessa. Teknologian kehittyessä teollinen käyttöönotto laajenee, ja uusia sovelluksia kehitetään koko ajan lisää. Tämän myötä myös suomalaisessa konepajateollisuudessa sekä pk- että suuret kansainväliset yritykset näkevät entistä enemmän uusia mahdollisuuksia 3D-tulostamisen hyödyntämisessä.

3D-tulostuksen portaat

3D-tulostuksen teollinen käyttöönotto noudattaa tyypillisesti kolmiasteista portaikkoa. Ensimmäisessä vaiheessa tulostusta käytetään prototyyppien teossa, nopeuttamassa tuotekehitystä ja parantamassa lopputuotteiden ominaisuuksia. Merkittäviä kustannussäästöjä saavutetaan toiminnallisten mallien avulla, kun mahdolliset suunnittelun puutteet voidaan karsia mahdollisimman varhaisessa vaiheessa. Samalla opitaan lisää teknologian mahdollisuuksista ja rajoituksista. Toisella portaalla valmistetaan työ- ja apuvälineitä lopputuotteiden valmistukseen ja kokoonpanoon. Esimerkiksi muottien ja muotti-inserttien valmistaminen tulostamalla on erittäin mielenkiintoinen vaihtoehto muun muassa sen vuoksi, että tulostetun muotinosan jäädytyskanavisto voi seurata valettavan kappaleen pintaa ja tuottaa siten tehokkaan lämmönhallinnan muotissa, mikä tehostaa tuotantoa. Niin ikään muotin nopea toimitus saattaa olla monesti keskeinen kilpailukykytekijä.  3D-tulostuksen kolmannella portaalla fokus on toiminnallisten lopputuotteiden valmistuksessa.

3D-tulostus lopputuotteiden valmistuksessa

Metallien tulostaminen on vielä suhteellisen kallista johtuen aika hitaasta kasvatusnopeudesta ja kalliista laiteinvestoinneista. Jotta lopputuotteen valmistaminen tulostamalla on taloudellisesti järkevää, teknologian tulee tarjota uusia mahdollisuuksia perinteisiin valmistusmenetelmiin verrattuna. Eräs tällainen etu on kevyet komponenttirakenteet. Tulostuksessa pystytään hyödyntämään lähes täysimittaisesti optimoinnin tuottamat uuden tyyppiset rakenteet, joita on mahdotonta tai erittäin hankalaa valmistaa perinteisin menetelmin. Erityisen kiinnostavaa tämä on ilmailuteollisuudelle, mutta painon vähentäminen voi tuottaa merkittäviä säästöjä monella muullakin sektorilla. VTT:n demonstraatiossa venttiililohko keveni 66 % optimoinnin ja tulostuksen seurauksena. Tulostamalla samaan komponenttiin voidaan liittää useita toimintoja ja vähentää kokoonpanoa, mikä nopeuttaa prosesseja sekä vähentää vaurioalttiiden liitosten määrää lopputuotteessa. Muita hyötyjä ovat muun muassa nopeammat toimitusajat, mahdollisuus yksilöidä tai kustomoida tuote sekä hieman pitemmällä tähtäimellä hajautettu tarpeen mukainen valmistus. VTT tekee tutkimusta ja kehitystä yhdessä yritysten kanssa liittyen näihin uusiin mahdollisuuksiin. Käynnissä on esimerkiksi projekti, jossa selvitetään digitaalisten varaosien käyttöön liittyvää teknologista ja liiketaloudellista potentiaalia.

Kenttä muuttuu fuusioiden ja yhteistyön myötä

Viimeisten vuosien aikana olemme kuulleet maailmalta uutisia merkittävistä kansallisista panostuksista 3D-tulostuksen kehittämiseen ja hyödyntämiseen. Esimerkkeinä mainittakoon vaikkapa USA:n America Makes -instituutti ja Singaporen merkittävät panostukset teknologiaan. Laitevalmistajien kentässä on myös tapahtunut fuusioitumisia ja uusia, entistä isompia toimijoita on tullut mukaan kilpailuun. Muovien tulostamisen osalta on mielenkiintoista seurata, mitä kansainvälisten jättien kuten Hewlet-Packardin ja Canonin mukaantulo tälle kentällä tuo tullessaan. Metallien tulostamisen osalta General Electricin tuore ilmoitus aikeista ostaa sekä saksalainen SLM Solutions että ruotsalainen Arcam tulee muuttamaan kenttää varmasti, mutta mitä muutokset tarkoittavat käytännössä jää vielä nähtäväksi. Ostoaie kertoo vahvaa viestiä kyseisen suuryrityksen näkemyksistä teknologian strategisesta merkityksestä.

Myös Suomessa tapahtuu. VTT:n 3D-tulostukseen liittyvät laitteistot saivat juuri uudet tilat Espoon Otaniemestä Aalto-yliopiston vastaavien tilojen yhteydestä. VTT tarjoaa asiakkailleen metallien tulostamisen koko valmistusketjun alkaen räätälöidyn jauheen atomisoinnista ja komponentin suunnittelusta ja optimoinnista päättyen valmiin komponentin viimeistelyyn ja testaukseen. Erityisesti pk-yrityksiä palveleva Älykkäiden koneiden ja valmistuksen osaamiskeskittymä, SMACC yhdistää VTT:n ja Tampereen teknillisen yliopiston (TUT) korkeatasoisen valmistusteknisen tutkimusosaamisen helposti lähestyttäväksi yhden luukun periaatteella. VTT tekee 3D-tulostuksen saralla tiivistä tutkimusyhteistyötä myös Aalto-yliopiston kanssa tavoitteenaan palvella asiakaskuntaa entistä laajemmin.

pasi_puukko

Pasi Puukko

Tutkimustiimin päällikkö