3D-tulostus eli ainetta lisäävä valmistus on ottamassa kaupallisessa tuotannossa vasta ensi harppauksia, vaikka ensimmäinen patentti aiheeseen liittyen on tehty jo vuonna 1920 ja tutkimuskin on ollut aktiivista yli vuosikymmenen.
Oulun yliopiston Kerttu Saalasti Instituutissa tehdään uraauurtavaa työtä 3D-tekniikoiden kehittämiseksi Future Manufacturing Technologies (FMT) -tutkimusryhmässä.
Pohjanmaalla on paljon keskiraskasta tai raskasta kone- ja metalliteollisuutta. Suurten kappaleiden valmistukseen soveltuu parhaiten suorakerrostustekniikka, mikä on yksinkertaisimmillaan perinteisen hitsaamisen tai pinnoituksen uudelleen ohjausta niin, että yhden aineskerroksen sijaan tuotetaan useita kerroksia päällekkäin halutun geometrian aikaansaamiseksi. Pinnanlaatu on karkeaa ja tekniikka tarvitseekin rinnalleen koneistusta mittatarkkojen tai väsymiskriittisten alueiden viimeistelemiseksi.
Suorakerrostus on vielä tuotantomenetelmänä marginaalinen, Suomessakin vain Andritz Savonlinna works hyödyntää tekniikkaa kaupallisessa tuotannossa. Maailmalta löytyy kuitenkin lukuisia kaupallisia esimerkkejä tekniikan hyödyntämisestä kunnossapidosta uusien tuotteiden valmistukseen. Avaruustekniikkaan keskittyvät suuret yritykset toimivat edelläkävijöinä.
Metallin 3D-tulostukseen on tarjolla useita erilaisia kaupallisia tekniikoita, mutta selvästi yleisin on vahvasti suomalaiset juuret omaava, laseriin perustuva jauhepetitekniikka.
Jauhepetitekniikka mahdollistaa pienehköjen, noin jalkapallon kokoisten osien valmistuksen verrattain tarkasti ja laadukkaasti. Laitteet ja materiaalit ovat tosin kalliita, eikä mikään 3D-tulostustekniikka sovellu suoraan perinteisten menetelmien korvaajaksi. Osat on suunniteltava uudelleen 3D-tulostettavaksi.
3D-tulostuksen erityispiirteet mahdollistavat kuitenkin myös kokonaan uudenlaisten tuotteiden valmistuksen. Mielikuvitus on rajana tuotesuunnittelussa.
Konepajoilla suorakerrostekniikka voidaan ottaa käyttöön joko olemassa olevaa laitteistoa päivittämällä tai investoimalla kokonaan uusiin laitteisiin tai kokonaisiin järjestelmiin.
MIG/MAG-virtalähteistä helpoiten integroitavissa ovat moderneimmat ns. kylmäkaariprosessiin kykenevät laitteet. Laser on myös suosittu energianlähde. Sen kanssa voidaan käyttää raaka-aineena sekä jauhetta että lankaa. Langalla tuottavuus on parempi ja raaka-aine halvempi, mutta pinnanlaadusta tulee selvästi karkeampi.
Modernit robotit voidaan valjastaa yksinkertaisten kappaleiden valmistukseen tai korjaamiseen sellaisenaan, sopivan virtalähteen ja polttimen kanssa, mutta vaativien geometrioiden valmistukseen vaaditaan ohjelmistopäivitys.
Myös CNC-koneet voidaan varustaa suorakerrostustulostustekniikalla niin, että 3D-tulostusta ja perinteistä koneistusta voidaan tehdä vuorottelemalla eri vaiheissa.
Suorakerrostuksen teolliseen hyödyntämiseen on olemassa olevaa tekniikkaa ja osaamista alueen teollisuudessa, mutta ensi askeleiden ottaminen on hidasta ja resursseja vievää.
Tuotteiden valmistuksen lisäksi lankatulostukseen kehitetyt teräkset ja MIG/MAG-virtalähteet puuttuvat markkinoilta. Molempien kehittämiseen löytyisi kotimaista osaamista.
Kaupallinen tarve on tehokkain ajava voima, mutta kaupallisen potentiaalin hyödyntäminen tarvitsee rinnalleen rohkeaa lähestymistä ja avarakatseista tuotesuunnittelua. Sovelluksia pitää etsiä myös laatikon ulkopuolelta, 1920-luvun patenttikin koski koristemaljakon valmistusta.
Kirjoittaja: Antti Järvenpää, tutkimusjohtaja, TkT, Oulun yliopiston Kerttu Saalasti Instituutti, FMT-tutkimusryhmä
Tämä teksti on julkaistu ensimmäisen kerran Keskipohjanmaa-lehden asiantuntijapuheenvuorona 5.12.2022.
Tutkittua tietoa ja havaintoja yrittäjämäisellä sydämellä.
Kerttu Saalasti Instituutin blogissa kirjoitetaan instituutin tutkimusryhmien aiheista, yrittäjyyskoulutuksesta sekä instituutin yleisistä aiheista. Kirjoittajina alojen tutkijat, asiantuntijat ja verkostojen jäsenet.
Aiheitamme ovat: mikroyrittäjyys, tulevaisuuden tuotantoteknologiat, alueellinen erinomaisuus, mikroyrittäjyyskoulutus