3D-tulostus elää murrosvaihetta

05.05.2017

3D-tulostus on elänyt ja elää tällä hetkellä mielenkiintoista murrosvaihetta, joka on tuttu hyvin monelta muulta teknologia-alueelta. Esimerkiksi sähköinen liiketoiminta koki monivuotisen läpimurtoprosessin ennen kuin se vakiinnutti asemansa liikemaailmassa. Erikoista sähköisen liiketoiminnan eli verkkokaupan suhteen oli se, että teknologia oli tiedossa merkittävästi paljon ennen kuin ensimmäiset käyttöön otetut ratkaisut olivat käytössä. Viivästymisen ilmiö perustuu teknisten ratkaisujen hiomiseen ja vakiintumiseen. Sama ilmiö toteutuu monessa eri teknologisessa läpimurrossa, myös 3D-tulostamisessa.

3D-tulostus tai ylemmällä käsitetasolla AM-teknologia on ideana useita vuosikymmeniä vanha. Yleisen teknologiakehityksen edetessä on siitä yli 30 vuoden aikana syntynyt käytännön ratkaisut, joka ovat löytäneet lopulta tiensä valmistukseen ja kuluttajien koteihin. Vaikka kuluttajamarkkinat ovat viimeinen vahva indikaatio teknologisen trendin leviämisestä, on teknologia kehittynyt pääosin teollisen valmistuksen ympärille.

3D-tulostuksen nykyhetki nojaa aiemmin mainittujen teknisten ratkaisujen hiomiseen  ja niiden vakiintumiseen. Itse uskon vahvasti, että kun nämä viimeiset nyanssit läpimurron edellä on saavutettu, se tulee muuttamaan maailmaamme monessakin mielessä erilaiseksi. Esimerkiksi logistiikka ja varastointi tulee muuttumaan dramaattisesti, enää ei kannata valmistaa varaosia valmiiksi ja kuljettaa niitä suuriin varastoihin – ne tulostetaan paikallisesti. Nykypäivänä logistisesti liikkuva tavara muuttuu raaka-ainemateriaalin liikkumiseen. Myös tuotteen kustannusrakenteet tulevat muuttumaan ja siihen sisältyy keskeisesti immateriaalioikeus lähdetiedostosta, josta tuloste tehdään. Tämän myötä syntyy ja kasvaa täysin uusia liiketoimintamalleja. Ennusteeni on, että tämä tulee tapahtumaan 5-10 vuoden sisällä.

3D-tulostusteknologian kolme haastetta

Palataan 3D-tulostamisen teknisten ratkaisujen hiomiseen ja vakiinnuttamiseen. Näen, että on kolme päähaastetta, joiden kanssa 3D-tulostaminen teknologiana painii: materiaalit, tulostustekniikka ja lähdetiedostot/3D-malli. Materiaaleja 3D-tulostamiseen alkaa olemaan melko runsaasti, mutta ei lähelläkään sitä määrää, mitä materiaaleja yleisesti on käytettävissä muissa valmistusmuodoissa. Patentoituja tulostustekniikoita on kymmenkunta, joista uskon jonkin lähivuosina vakiinnuttavan asemansa.

Kolmas päähaaste on lähdetiedosto, 3D-malli, jonka pohjalta kappale tulostetaan. Tämä tuntuu usein jäävän paitsioon. Kuitenkin koko 3D-tulostamisen kannalta se on kriittisin muuttuja, aivan kuten on valmistusdokumentaatio perinteisen valmistusprosessinkin kannalta. On hyvä huomata, että jo kaksi aiempaa teknologian haastetta (materiaali ja tulostustekniikka) ovat haasteita myös tulostettavan 3D-mallin toteutuksessa (suunnittelutoiminnassa).

Suunnittelutoiminta ja -prosessi muuttuu uusien vaatimuksien edessä

3D-mallin tulee olla valmistettavissa valitulla tulostustekniikalla ja materiaalilla. Lisäksi sen tulee omata geometriassa kaikki se tieto, mikä perinteisesti erikseen kuvataan valmistusdokumentaatiossa koneenpiirustusteknisesti (toleroinnit, pinnakarheudet, yms.). Suunnittelun kannalta tämä luo täysin uusia vaatimuksia, esimerkiksi enää ei voi mallintaa mallia vain nimellismitoilla. Lisäksi tuotteen funktionaalisuus tulee simuloida/varmistaa suunnitteluprosessissa.

Teknisesti lähdetiedoston käsittely 3D-tulostusprosessissa on erittäin mallikkaassa kunnossa, etenkin jos vertaa perinteisiin valmistustekniikkoihin vietyjä digitalisoitumisen muotoja.  Mutta silti vielä eri tulostustekniikat omaavat hieman toisistaan poikkeavia suunnittelussa huomioitavia nyansseja. Yleisimmät nykypäivän haasteet kohdistuvat geometrioihin, jotka edellyttävät tuennan/tukimateriaalin sekä materiaalin käyttäytymiseen jäähtyessä.

On ilmeistä, että suunnittelutoiminta tulee hieman muuttumaan teolliselle 3D-tulostukselle. Se asettaa uusia vaatimuksia suunnitteluosaamiseen ja -prosessiin. Käytännössä suunnitteluprosessista tuotantodokumentin toteutusvaihe sisältyy 3D-mallinnusvaiheeseen. Tämä asettaa haasteita suunnittelijalle, jolle ei ole vahvaa kokemusta tai tietoa valmistuksesta. Kolikon kääntöpuoli koko muutoksessa on puhtaat digitalisoitumisen hyödyt. Vasteaika ideasta tuotteeksi lyhenee merkittävästi ja vastaavasti suunnittelun tuottama valmiusaste tuotannon näkökannassa kasvaa.

3D-tulostuksen tulevaisuus ja suuri potentiaali

Tulevaisuutta maalaillen mielenkiintoinen tulokulma on lähestyä 3D-tulostamista tyystin perinteisestä suunnittelutoiminnasta poikkeavalla tavalla, laskennalla. 3D-tulostus tarjoaa valmistustekniikkana melkein rajoittamattomien geometrioiden toteutuksen. Geometrioiden, joita perinteisillä valmistustekniikoilla on ollut mahdotonta toteuttaa, Tätä näkökulmaa hyödyntäen jos tuotteen geometria lasketaan siten, että se täyttää tuotteelle asetetut funktionaaliset ominaisuudet, saavutetaan aidosti jotain uutta. Tuotteen geometria ja rakenne voidaan laskennalla optimoida täyttämään ideaalisti materiaalimenekki ja siltä vaadittu funktionaalisuus. Potentiaali piilee merkittävästi paremman tuotteen suunnittelussa ja valmistuksessa. Käytännössä tällaisessa toimintamallissa lähestytään älykästä suunnitteluautomaatioideologiaa, johon 3D-tulostaminen valmistusteknologiana kytkeytyy saumattomasti.

Summattuna:

  • 3D-tulostus elää merkittävää murrosta, joka tulee muuttamaan asioita ympärillämme.
  • Valmistava teollisuus tekee digitalisoitumisen myötä suuren harppauksen, vasteaika ideasta tuotteeksi lyhenee merkittävästi.
  • Suunnitteluprosessi muuttuu, suunnittelijoilta vaaditaan jatkossa vaatimaan uusia osaamisalueita ja kykyjä.
  • Todellinen potentiaali 3D-tulostustekniikassa on vielä valjastamatta. Ne saavutetaan yhdistämällä 3D-tulostus älykkääseen suunnitteluautomaatioon.

 

Teksti: Harri Kelho
Kuva: Mika Kiljala

Like (2) 

Add new comment

Filtered HTML

  • Web page addresses and e-mail addresses turn into links automatically.
  • Allowed HTML tags: <a> <em> <strong> <cite> <blockquote> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <h1> <h2> <h3>
  • Lines and paragraphs break automatically.

Plain text

  • HTML-merkit ovat kiellettyjä.
  • Web page addresses and e-mail addresses turn into links automatically.
  • Lines and paragraphs break automatically.

Latauslinkki lähetetään sähköpostiin

Yhteystiedot

Käytössäsi yli 200 asiantuntijan osaaminen

Lue meistä