3D-tulostuksessa käytetään yleisimmin teollisiin lopputuotteisiin soveltuvia muoveja ja metalleja. (Kuvaaja Marianne Mokkala-Räty. Kuva Novela 3D Oy)

3D-tulostuksesta puhuttaessa on otettava huomioon, että eri materiaaleille on käytössä yhteensä seitsemän eri menetelmää. Läheskään kaikki menetelmät eivät ole myöskään käytössä esimerkiksi sekä metalleille että muoveille. Myös prototyyppivalmistukseen voidaan käyttää eri menetelmiä kuin itse tuotantoon. Tämä kirjoitus käsittelee pääasiassa 3D-tulostusta teollisen tuotannon näkökulmasta.

3D-tulostus Suomessa on melko vähäistä muuhun Eurooppaan verrattuna. Vaikka muiden maiden etumatkaa teknologian hyödyntämisessä on viime vuosina otettu kiinni, itse menetelmän käytössä ollaan vielä hieman jäljessä. Tämä kummastuttaa, koska menetelmä, johon nykyinen metallitulostus perustuu, on suomalainen keksintö. Lisäksi tutkimus- ja koulutuspuoli Suomessa on erittäin vahvaa. Koska yleisesti valmistettavat kappaleet ovat suhteellisen pieniä, voidaan vain arvailla, että käyttöönoton hitaus johtuu ”vääränlaisen” raskaamman teollisuuden runsaudesta Suomessa.

Käyttökohteita valmistusmenetelmälle olisi kuitenkin runsaasti, kunhan niitä vain haluttaisiin ja osattaisiin tarkastella. Varsinkin varaosateollisuus sekä kehittyneempiä, monimutkaisia tuotteita valmistava teollisuus voisi hyötyä menetelmästä huomattavasti nykyistä enemmän. Kehittyneemmät tuotteet voisivat olla jo nykyään tuotannossa, tai uusi menetelmä voisi mahdollistaa myös vanhojen tuotevalikoimien muokkauksen.

Ennakkoluulot teknologiaa kohtaan sekä perustiedon puuttuminen ovat kaksi perimmäistä syytä, jotka hidastavat lisäävän valmistuksen käyttöönottoa teollisuudessa. Median luoma 3D-innostus on luonut tekniikan alkuvaiheessa myös paljon väärinkäsityksiä.

Milloin 3D-tulostus kannattaa?

Tulostaminen 3D -tulostimella kannattaa aina, mikäli yksittäiskappale tai sarja on sen avulla edullisempaa valmistaa, jos tulostettu kappale tuottaa elinkaarensa aikana vanhaan kappaleeseen verrattuna tarpeeksi hyötyjä tai, mikäli tulostettu kappale saadaan valmistettua nopeammin kuin perinteisesti valmistettu tuote. Perinteisen näköisiä kappaleita ei kannata, eikä myöskään usein pystytä menetelmällä valmistamaan. Vaikka 3D-tulostusmenetelmät mahdollistavat erittäin tarkat ja monimutkaiset muodot kappaleessa, on varsinkin metallien 3D-tulostuksessa paljon rajoitteita, jotka pitää ottaa huomioon.

Yksinkertaisia, esimerkiksi helposti koneistettavia kappaleita ei usein kannata metallien 3D-tulostuksella valmistaa. Jos kappaleessa kulkee paljon kanavia nesteiden virtaukselle, tai kappaleesta saadaan poistettua massaa huomattavasti, 3D-tulostus voi tosin ollakin pätevä menetelmä myös "perinteisemmille" kappaleille. Jos suureen tehtaaseen saadaan valmistettua kestävämmät ja paremmin toimivat varaosat, jotka yhden huoltoseisokkipäivän vähentämällä auttavat säästämään vuodessa puoli miljoonaa euroa, saavat 3D-tulostetut kappaleet maksaa melkein mitä vain.

Kun tiedetään, mitä voidaan tehdä, mitä kannattaa tehdä ja osataan myös suunnitella kappaleet menetelmää varten oikein, 3D-tulostuksesta tulee kannattavaa. Prosessien sujuvuus, vähemmän huoltoa vaativat, keveät ja lujat komponentit - näihin tekijöihin perustuu 3D-tulostuksen kilpailukyky perinteiseen valmistukseen verrattuna. 3D-tulostus ei tule täysin korvaamaan perinteisiä valmistusmenetelmiä, mutta tietyissä tuoteryhmissä se on tällä hetkellä jo ylivoimainen valmistustapa.

3D-tulostuksen mahdollisuudet ovat valtavat, kunhan tiedetään tarkalleen, mitä sillä voidaan tehdä. (Kuva EOS Press material)

Uutta ajattelutapaa etsimässä

Kun puhutaan tuotantokappaleista, on suunnittelu valmistusprosessin tärkein osa. Itse kappaleiden tulostaminen on helppoa. Laitteet tekevät sitä, mitä 3D-malli käskee. Se, että 3D-malli saadaan järkeväksi, vaatii suurimman osaamisen ja menetelmien tuntemuksen. 3D-tulostuksen hyödyntämisen asteita on erilaisia, mutta parhaaseen tulokseen päästään, kun tuotteet suunnitellaan alusta alkaen hyödyntämään 3D-tulostusta. Seuraavaksi paras vaihtoehto on muokata olemassa olevaa kappaletta valmistusmenetelmälle soveltuvammaksi ja huonoin tapa on tulostella kappaleet suoraan vanhan mallin mukaan.

Ajattelutavan kääntäminen perinteisestä valmistuksesta uutta teknologiaa hyödyntäväksi on oleellisinta. Sen sijaan, että valitaan tietyn kokoinen aihio metallia, jotta tarvittava kappale saadaan työstettyä, täytyykin miettiä, mitkä ovat tuotteen toiminnalliset alueet ja lisätä materiaali vain niiden ympärille. Näin pystytään vähentämään myös huomattavasti materiaalihukkaa ja kierrätykseen tarvittavaa energiaa. Toinen asia ajattelutavan muutoksessa on suunnittelun ensimmäinen kysymys ”paljonko tämä kappale maksaa?” Kun suunnitellaan 3D-tulostuksen tuotteita, tärkein kysymys on ”paljonko tämä kappale tulee säästämään prosessissa?” Mitä pidempi kappaleen elinikä on, sitä enemmän se myös tulee säästämään prosessissa. Esimerkiksi Yhdysvalloissa ja Keski-Euroopassa teknologiaa käytetään erilaisessa teollisessa valmistuksessa, kuten lentokone-, auto-, avaruus-, ja lääketeollisuudessa. Viimeksi Mercedes-Benz ilmoitti käyttävänsä 3D-tulostusta vanhempien autojen varaosien valmistamiseen. Suomen vahvalle prosessiteollisuudelle 3D-teknologiasta voidaan nähdä löytyvän runsaasti tuottavuutta lisääviä mahdollisuuksia. Nämä mahdollisuudet tulee nyt käyttää hyväkseen. Kun nämä ajatukset sisäistetään yrityksissä, päästään paljon lähemmäs 3D-tulostuksen ideaa ja sitä kautta konkreettisia sovelluskohteita.

Yhteistyöstä voimaa

Koska kaikkien ei ole kannattavaa tulostaa jokaisella menetelmällä tai kouluttaa kaikkien menetelmien osaajia, korostuu verkostojen ja yhteistyön merkitys entistä vahvemmin tulevaisuudessa. Koska varsinkin metallitulostuksen laitteet ovat myös kalliita, ei jokaiseen suureenkaan yritykseen niitä voida hankkia. Myös halvemmat, kokeilukäyttöön hankitut, tulostimet jäävät useasti vähäiselle käytölle koska 3D-tulostaminen ei vielä ole yrityksen perustoimintaa. Yrityksiltä ei myöskään usein löydy tarpeeksi aikaa kiireisen tuotannon keskellä keskittyä asiaan. Tästä syystä on syytä muodostaa yritysryppäitä, jossa 3D-tulostuksen tuottajat ja sen tarvitsijat yhdistyvät.

Kun osaajat, teknologia ja niiden tarvitsijat yhdistetään, saadaan suomalainen 3D-tulostusteollisuus yhä vahvemmaksi osaksi perinteistä teollisuutta. Tällöin saisimme yhdessä kasvatettua myös perinteisen teollisuuden kilpailukykyä alati kiristyvillä markkinoilla. 3D-tulostus on maailmalla huimasti kasvava ala, ja se täytyy saada juurrutettua myös osaksi suomalaista teollisuutta.

3D-tulostuksen osalta näyttää siltä, että Suomessa ollaan menossa parempaan päin. Parin viime vuoden aikana tieto yrityksissä on kasvanut huimasti. Menetelmän ylimääräinen hehkuttaminen mediassa on myös vähentynyt. Tämä kertoo siitä, että olemme pääsemässä vaiheeseen, jossa tehdään oikeita asioita, eikä vaan mietitä joskus epärealistisiakin odotuksia tulevalle. Yritykset tuntuvat etsivän myös hieman aktiivisemmin sovelluskohteita menetelmälle. Osaamista, aktiivisuutta ja rohkeutta vaaditaan kuitenkin vielä paljon.

Teksti: Markku Lindqvist, toimitusjohtaja, Novela 3D Oy , markku.lindqvist@novela.fi