HANKALAN OSAN hajotessa on ollut tavanomaista tilata se koneen valmistajan lähimmästä toimipisteestä tai valmistuttaa se esimerkiksi lastuamalla ja hitsaamalla. Joskus kuitenkin toimitusajat ovat toivottoman pitkiä tai valmistaja on saattanut kadota kokonaan markkinoilta.

  Tietokone on tuonut osaratkaisun pulmaan. Kehittynyt digitaalikuvaus auttaa luomaan kappaleesta tarkan kolmiulotteisen mallin. Se voidaan syöttää jälleen tulostukseen, joten korvaava osa on parhaimmillaan hyvinkin nopeasti käytössä. Menetelmää voisi kuvata käänteissuunnitteluksi (reverse engineering), jolloin uuden kappaleen valmistukseen tarvittavat tiedot saadaan jo olemassa olevasta osasta.

  Käänteinen suunnittelu on erityisen sopiva kunnossapidon tarpeisiin, kun pitää mitata kappale kolmiulotteisesti ja kyetä sitten kopioimaan se. Tulostaminen olisi vielä helpompaa, jos koneen tai laitteen valmistaja suostuisi jakamaan kuluvien tai rikkoutumisalttiiden erikoisosien 3d-mallit, mutta mittatarkka kuvaus saadaan myös kuvaus- ja mittausmenetelmin.

Ajan mittaan yrityksille kertyy huomattavaa säästöä siitä, että niiden varaosaluettelot siirtyvät sähköisiksi kirjastoiksi. Kun osien geometria on kolmiulotteisena mallina ja sen lisäksi kenties valmiina valu- ja työstötiedostoina, fyysisesti säilytettävien osien määrä, arvo ja tila karsiutuvat olennaisesti.

Vaihtelevat materiaalit

Tulostuksessa voidaan käyttää lukuisia eri menetelmiä ja materiaaleja. Muoveja voidaan kovettaa nesteestä laserin tai uv-valon avulla ja samoin laserilla voidaan sintrata metallijauhetta kiinteäksi metalliksi. Tulostusmateriaaliksi soveltuu myös vaikkapa sokeri tai betoni. Myös numeerisesti ohjattua lastuamista voidaan pitää 3D-tulostamisena, joskaan sitä ei yleensä mielletä sellaiseksi.

  Kiinalaiset ovat kohonneet kolmiulotteisen tulostamisen eturiviin. He ovat valmistaneet esimerkiksi yhtenä tulostuksena kuusimetrisen titaaniseoskappaleen lentokoneteollisuudelle. Osan hinta putosi kahdesta miljoonasta kymmenesosaansa, ja valmistusaika kahdesta vuodesta 55 päivään. Laserkasvatuksella kyettiin puolestaan valmistamaan titaanista matkustajakoneen viisimetrinen keskisalko, jonka paino putosi taotun osan yli 1600 kilosta 136 kiloon samaan aikaan kun mekaaniset ominaisuudet paranivat.

  Kustannusten puolesta kaksi tulostusmenetelmää on tullut viime aikoina suosituiksi. Ensinnäkin muovitulostus, jossa muovilankaa sulatetaan kerroksittain, kunnes haluttu muoto on saavutettu. Toisaalta hiekkatulostuksella on huomattava valmistustekninen merkitys, sillä näin saadaan tietokonekuvasta suoraan valumuotteja ja keernoja.

Katosiko alkuperäinen koneen valmistaja Neuvostoliiton mukana? Ei hätää, rikkoutunut tai kulunut osa voidaan skannata kolmiulotteisesti ja sen pohjalta syntyy valumuotti keernoineen hiekkatulostusta käyttäen.

Muovilankaa kuumailmalla tulostavat laitteet ovat olleet erityisen edullisia, ja niiden kohdalla voidaan puhua kustannuksiltaan jo koti- tai konttoritekniikasta. Tällaisia pientulostimia valmistaa esimerkiksi helsinkiläinen Suomen Laatujälki; yrityksen päätoimiala on laatu- ja vauriotarkistukset esimerkiksi elektronimikroskopian keinoin.

Soveltuvien muovilaatujen kirjo kasvaa nopeasti, ja San Diegon SolidWorks 2014 -lehdistötapaamisessa oli esillä myös hiilikuitulujitteisia kappaleita valmistava tulostin. Samoin esiteltiin myös monivärisiä kappaleita ja monia eri materiaaleja sisäkkäin tulostavia laitteita.

  Ratkaisussa oli kaksi tulostuspäätä, joista toinen tuotti tavallista, toinen yhtenäisellä lasi- tai hiilikuitulujitteella vahvistettua nylonia. Ratkaisu antoi mahdollisuuden optimoida lujuuden suunta sekä lopullisen kappaleen hinta. Taitava suunnittelija kykenee muiden muassa valmistamaan suljettuja hunajakennorakenteita syntyvän osan sisälle. Myös hiilinanoputkilla lujitettua materiaalia voi käyttää, mikäli se kustannuksiin nähden on perusteltua.

Valmis valu muutamassa päivässä

Valkeakoskelainen Hetitec on hankkinut valumuottien ja keernojen tulostamiseen vaadittavan laitteiston. Metallivalulla on mahdollista valmistaa mutkikkaita muotoja, joiden sisärakenteita ei voi lastuamalla toteuttaa. Koska metalliseosten mekaaniset ominaisuudet kattavat laajan alueen, teollisuuden ja kunnossapidon edellyttämät lujuus- ja kulumisominaisuudet saavutetaan niissäkin kohteissa, joissa muovien kesto loppuu.

– Nopeimmillaan asiakas saa valmiin osan kolmessa päivässä siitä, kun me saamme halutun kappaleen geometrian. Keskimääräinen muotin toimitusaika on yhdestä kahteen viikkoa, joka on selvästi nopeampaa toimintaa kuin perinteellisellä valimotekniikalla tehtynä, sanoo Hetitecin toimitusjohtaja Ville Moilanen.

Hän kertoo, että valmistusprosessi on jaettu eri osaajien kesken. Yksi yritys hoitaa kappaleen mittaamisen ja sen geometrisen muodon määrittämisen, toinen taas vastaa valuteknisestä teoriasta ja valun simuloinnista. Muotin ja keernojen valmistuksen lisäksi tarvitaan valimo ja kenties koneistamo, joka viimeistelee lastuamista tai hiomista vaativat pinnat.

Mielenkiintoinen piirre on, että hiekasta muovattu muotti sopii myös laminoinnin alustaksi. Se voidaan viimeistellä epoksilla, jolloin se kestää pienen tuotantosarjan valmistuskerrat. Jos muotti on kertakäyttöinen, siinä voi olla myös negatiivisia päästöjä, sillä hiekkamuotti on helppo hajottaa laminoinnin jälkeen. 

Lauri Lehtinen, lehtinen.lauri@kolumbus.fi