Siirry sisältöön
23.4.2019 Artikkeli

3D-tulostus tulee

Kolmiulotteinen tulostaminen tekee parhaillaan valmistavassa teollisuudessa hiljaista vallankumousta – Suomessa liiankin hiljaista, sillä olemme jäljessä tärkeimpiä verrokkimaitamme.

Viitisen vuotta sitten media oli täynnä 3D-tulostamista, teknologiamessut pursusivat jännittäviä sovelluksia, vallankumousta odotettiin saapuvaksi. Sitten kävi kuten uuden teknologian kanssa aina käy: maailma ei mullistunutkaan yhdessä yössä ja into laantui.

VTT:n lisäävän valmistamisen asiantuntija ja tutkimusryhmän vetäjä Pasi Puukko muistuttaa, että jos kupla puhkesikin, se koski nimenomaan kuluttajapuolta.

– 3D-tulostamisen hypeä voi verrata odotuksiin, joita aikanaan kohdistui perinteiseen tulostimeen. Ajateltiin, että kirjat tulostetaan lukijan kotona. Unohdettiin, että kirja on tuotteena ja ilmiönä paljon muutakin kuin paperipino. Samaan aikaan kun into kuluttajapuolen 3D-tulostamiseen laantui, teollisessa tulostamisessa oli jo ohitettu alkuinnostuksen jälkeinen aallonpohja. Uusi tekniikka alkoi toden teolla mullistaa varsinkin valmistavaa teollisuutta.

Mielikuvituksellisia rakenteita

3D-tulostamisessa perinteisen tulostimen periaatetta käytetään fyysisten esineiden tuottamiseen. Siinä missä tavallinen tulostin tulostaa mustetta paperille, 3D-tulostin tulostaa esimerkiksi metallia tai muovia kolmiulotteiseksi kappaleeksi.

Muovi ja metalli ovat yleisimmät materiaalit, mutta myös hiekkaa, sementtiä, suklaata ja jopa elävää kudosta on tulostettu.

Tekniikkaa kutsutaan myös lisääväksi valmistukseksi erotuksena vähentävästä valmistuksesta, jossa kappaleesta vähennetään materiaalia esimerkiksi kovertamalla. Lisäävällä valmistuksella saadaan aikaiseksi muotoja ja rakenteita, jotka olisivat perinteisin menetelmin mahdottomia. Voidaan myös valmistaa monta komponenttia kerralla ja välttää kokoonpano.

Alan edelläkävijäyrityksiin kuuluvan Electro Optical Systems Finland Oy:n toimitusjohtaja Olli Nyrhilä sanoo, että 3D-tulostaminen näyttää kyntensä silloin, kun tuote on monimutkainen tai sarjat pieniä.

– Jos suunnitellaan vaikkapa lentokoneen osaa, lähtökohdaksi voidaan ottaa osan keveys ja aerodynaamiset ominaisuudet – ei se, miten osa saadaan valmistettua. Tämä on suuri muutos perinteiseen suunnitteluprosessiin.

– Mutta jos valmistetaan miljoona täsmälleen samanlaista rautanaulaa, niitä ei kannata 3D-tulostaa.

Ilmailuteollisuus on 3D-tulostamisen edelläkävijöitä. Tämä kertoo ainakin siitä, että 3D-tulostaminen ei ole leikkiä, vaan tekniikka on kypsää vaativaan käyttöön. Lentokonevalmistajia houkuttelee juuri uudenlaisten kappaleiden keveys. Kevennys kertautuu isoiksi polttoainesäästöiksi, kun lentokone on jatkuvassa käytössä esimerkiksi 30 vuotta.

Digitaalinen varaosa säästää rahaa ja luontoa

3D-tulostaminen myös kääntää massatuotannon logiikan päälaelleen: piensarjojen ja jopa yksittäisten kappaleiden valmistaminen on halpaa.

Hyvä esimerkki on digitaalinen varaosa. Teollisuusyrityksillä voi olla kymmeniä miljoonia euroja sidottuna varaosavarastoihin. Varastonhallinta on oma tieteen- ja taiteenlajinsa, mutta tehtiinpä se kuinka hyvin tahansa, varastosaldo ei ole koskaan täysin oikein. Joko osia makaa varastossa tyhjän panttina tai koneet seisovat varaosaa odotellessa. Mutta 3D-tulostamisen avulla varaosa ei olekaan enää fyysinen esine vaan digitaalinen malli, joka tulostetaan tarvittaessa, suoraan siellä missä sitä tarvitaan.

3D-tulostamista pidetään keskeisenä tekijänä ilmiössä, jota kutsutaan neljänneksi teolliseksi vallankumoukseksi. Kolme aiempaa olivat höyrykone, sähköistetty liukuhihnatuotanto sekä mikrosirut. Neljännessä vallankumouksessa koko teollinen tuotanto alkaa noudattaa digitaalista logiikkaa. Puhutaan teollisesta internetistä.

Pasi Puukon mukaan 3D-tulostamisessa kiintoisin kehitysalue onkin tekniikan liittäminen osaksi eri toimialojen päivittäisiä prosesseja, ei niinkään tulostamistekniikka itse.

– Digitaalinen varaosa on hyvä esimerkki siitä, että 3D-tulostamisen todellinen potentiaali saavutetaan, kun tekniikka yhdistetään kekseliäästi muihin prosesseihin.

Lainsäädäntö ja standardit seuraavat perässä

3D-tulostaminen on edennyt tekniikka edellä. Lainsäädäntö ja standardit ovat vasta viime vuosina alkaneet ottaa alaa huomioon. Euroopassa on julkaistu vuoden 2016 jälkeen kymmenkunta standardia, jotka koskevat 3d-tulostettujen kappaleiden ominaisuuksia ja tuotantoa. Työn alla on parhaillaan parisenkymmentä standardia.

Eräs keskeinen standardisoimisalue liittyy menetelmiin, joilla voidaan suojata aineettomia oikeuksia ja kamppailla luvatonta kopiointia vastaan. 3D-tulostamisen myötä fyysiset esineet alkavat noudattaa osin samaa logiikkaa kuin vaikkapa netissä jaettava musiikki.

Digitaalisen teknologian aineettomiin oikeuksiin perehtynyt Lapin yliopiston tutkija Rosa Ballardini sanoo, että 3D-tulostamista voi osittain verrata musiikin nettijakoon, mutta erojakin on.

– Musiikkia koskee vain tekijänoikeus, kun taas 3D-tulostamisessa ollaan tekemisissä myös tavaramerkkien ja patenttien kanssa. Lisäksi musiikin nettijakaminen oli teknisesti melko valmis järjestelmä alusta lähtien, kun taas 3D-tulostaminen on kypsynyt hitaammin, Ballardini sanoo.

Hän uskoo, että lainsäädäntö löytää uomansa kun aika on kypsä. Aineettomien oikeuksien kanssa on oltu tekemisissä jo vuosisatoja, painokoneesta lähtien.

Ballardini myös korostaa, että edelläkävijät eivät ajattele lainsäädäntöä rajoitteena vaan luovana mahdollisuutena. Esimerkiksi käykööt legendaariset My Little Pony -söpöilyhahmot. Niiden fanit ryhtyivät tuottamaan omia poniversioitaan 3D-tulostamalla. Sen sijaan että oikeuksien omistaja olisi julistanut nämä väärennöksiksi, se ryhtyi yhteistyöhön erään 3D-tulostinvalmistajan kanssa. Nyt netissä on kukoistava, 3D-tulostusta hyödyntävä My Little Pony -faniyhteisö, josta hyötyvät kaikki!

Suomi putosi kelkasta, mutta on kapuamassa takaisin

3D-tulostamisen tilasta Suomessa ei ole kattavia selvityksiä, mutta yleinen käsitys alalla on, että Suomi ei ole ainakaan edelläkävijä. Jyrkempiäkin arvioita löytyy:

– Suomi on tässä asiassa melkein kehitysmaa, esimerkiksi Ruotsia ja Saksaa olemme ainakin viisi vuotta jäljessä. Suomalainen teollisuus on uinunut tässä asiassa, EOS:n Olli Nyrhilä lataa.

Nyrhilä arvioi, että syyt piilevät pitkälti toimialarakenteessa. Kansainvälisesti 3D-tulostamisen edelläkävijöitä ovat olleet ilmailu-, avaruus ja autoteollisuus. Mikään näistä ei ole Suomessa erityisen vahva.

Pasi Puukko ja Olli Nyrhilä ovat molemmat sitä mieltä, että merkkejä heräämisestä on kuitenkin havaittavissa. Suomesta ei välttämättä koskaan tule alan teknologian merkittävää kehittäjää, mutta sovelluksillekin riittää tarvetta, varsinkin teollisuudessa.

– Itseisarvoisesti uutta tekniikkaa ei kannata ryhtyä käyttämään, mutta paikalleen jääminenkin on riski. Jokaisen yrityksen kannattaa nyt miettiä, voisiko olemassa olevan tuotteen valmistaa tehokkaammin, tai voisiko sitä villiä ideaa lopultakin kokeilla käytännössä, Puukko sanoo.

– 3D-tulostinta ei tarvitse hankkia omiin nurkkiin hurisemaan. Tulostusta voi hankkia palveluna, mikä toivottavasti alentaa kynnystä kokeiluihin.

3D-tulostaminen

  • Kolmiulotteinen eli 3D-tulostus tarkoittaa digitaalisen mallin muuntamista fyysiseksi esineeksi tulostamalla.
  • Tekniikkaa kutsutaan myös lisääväksi valmistukseksi.
  • Yleisimmät tulostusmateriaalit ovat muovi ja metalli, mutta tulostamiseen voidaan käyttää lähes mitä tahansa kiinteäksi jähmettyvää ainetta.
  • Tulostettava malli voidaan tuottaa esimerkiksi tietokoneen CAD-ohjelmalla tai skannata olemassa olevasta kappaleesta 3D-skannerilla.
  • Tekniikka näki päivänvalon jo 1980-luvulla, mutta alkoi yleistyä tuotannossa vasta 2010-luvulla.
  • Lisäävää valmistusta koskevien standardien laadintaan voi osallistua Metalliteollisuuden Standardisointiyhdistys Metstan kautta (www.metsta.fi).

Julkaistu Presiis-lehden numerossa 1/2019.

Teksti: Tommi Niittymies

Kuvitus: Vesa Sammalisto