3D-tulostuksella raaka-aineet bitteinä toiselle puolelle maailmaa

Yhä kevyempiä ja yksilöllisempiä tuotteita edullisesti

3D-tulostus harppaa pitkin askelin ja muuttaa maailmaa uusien sovellustensa myötä. Tällä hetkellä sen suurimpia hyödyntäjiä ovat kuluttajatuote-, ilmailu- ja autoteollisuus sekä lääketieteen sovellukset. Jo toteutuneita esimerkkejä ovat kuulolaitteet ja Boeing F-18-hävittäjän ilmanjohtokanavat. Kiinnostusta ovat herättäneet myös laitteiden ja koneiden varaosat sekä lääketieteellisten biomateriaalien sovellukset. VTT ja Aalto-yliopisto kulkevat 3D-tulostuksen etujoukoissa.

Design teknologiakehityksen haastajana

Auto-, avaruus- ja viihdeteollisuudesta alkunsa saaneet digitaaliset suunnittelu- ja valmistusteknologiat (3D-tulostus) ja uusi materiaaliteknologia ovat aiheuttamassa perustavaa laatua olevan muutoksen rakennetun ympäristömme ja teollisten tuotteiden suunnitteluun ja toteutukseen sekä niihin liittyviin liiketoimintamalleihin. Mullistavia liiketoimintamahdollisuuksia avautuu sen myötä, kun digitaalinen suunnitteluteknologia, additiivinen eli 3D-tulostukseen perustuva valmistusteknologia ja uusi materiaaliteknologia yhdistyvät.

Aalto-yliopiston uudenlainen tutkimusympäristö ADD pyrkii designin keinoin luomaan sovelluksia, tuotteita ja niihin liittyviä uusia liiketoimintamalleja additiivisen valmistusteknologian ja materiaaliteknologian tarjoamista mahdollisuuksista.

ADD:ssä design on aktiivisessa vuorovaikutuksessa perustutkimuksen (valmistus ja materiaalit) kanssa, ei vain soveltavassa roolissa. 3D-tulostus valmistusteknologiana ei aseta rajoitteita muotokielelle. Samaan tapaan uusi materiaaliteknologia mahdollistaa materiaalien ominaisuuksien joustavan suunnittelun (designed materials). Teknologian tarjoama uusi vapaus on tehnyt suunnittelijoista enenevissä määrin merkittäviä yhteistyökumppaneita insinööreille ja materiaalitutkijoille.

ADD keskittyy tällä hetkellä neljään 3D-tulostuksen potentiaaliin: monimuotoisuuteen, uusiin liiketoimintamalleihin, kustomointiin ja uusii materiaaleihin.

3D-tulostuksesta Suomen teollisuudelle uutta liiketoimintaa

VTT uskoo 3D-tulostuksen tarjoamiin liiketoimintamahdollisuuksiin. Teknologian edut korostuvat erityisesti lyhyiden sarjojen valmistuksessa. Maat, joiden teollisuus perustuu lyhyiden sarjojen tuotteisiin, kuten Suomi, hyötyvät menetelmien käyttöönotosta. 3D-tulostus antaa suuret vapaudet kappaleiden muotoilussa, mikä mahdollistaa täysin uudenlaisten, aikaisempaa tehokkaampien ja kevyempien tuotteiden valmistamisen.

Hyötyjen ymmärtämisen kautta uusia sovelluskohteita syntyy kiihtyvällä tahdilla. Nopeaa kehitystä tapahtuu esimerkiksi materiaalien ja ohjelmistojen suhteen, ja oikeat hyödyntämisen polut pitäisi kyetä valitsemaan nyt. Suomen kannalta merkittäviä mahdollisuuksia on VTT:n mukaan nähtävissä konepajateollisuudessa ja energiateollisuudessa. VTT on mm. ollut mukana kehittämässä yritysten varaosaliiketoimintaa.

Yksilöllisiä tuotteita asiakkaan tarpeisiin

3D-tulostuksen etuja ovat kustomoidut tuotteet asiakkaan tarpeisiin, kevyemmät rakenteet ja melkeinpä mahdottomienkin kappaleiden valmistus ilman lisäkustannuksia. Teknologian ansiosta rikkoutuneen koneen osan ja tuotantolaitteen varaosan voi tulostaa vaikka toiselle puolelle maapalloa. Näin säästetään myös kuljetus- ja varastointikustannuksissa, kun logistiikkaketju pääosin siirtyy suunnittelusta vasta tarpeen mukaan tehtävään tuotantoon bitteinä.

Esimerkiksi lentokoneteollisuus on laskenut, että se voi säästää seuraavan 30 vuoden aikana 350 miljardia dollaria polttoainekustannuksissa käyttämällä kevyempiä 3D-tulostettuja osia.

Tulostettavien kappaleiden koko riippuu käytetystä menetelmästä ja materiaaleista sekä ennen kaikkea tarpeista. Tulostus tapahtuu kerros kerrokselta digitaalisen mallin ohjaamana. Esimerkiksi jauhekerrostustekniikalla kappaleen maksimikoko on VTT:n mukaan tällä hetkellä 0,9 x 1,5 x 0,9 metriä. Teknologian kehittyessä kyetään tekemään entistä suurempia kappaleita, tulevaisuudessa jopa talojen tulostaminen voi onnistua.

Biomateriaaleja kudosteknologiaan ja verisuonitettua keinoihoa

Aalto-yliopisto on mukana laajassa EU-hankkeessa, jonka tavoitteena on tuottaa verisuonitettua keinoihoa kudosteknologian avulla. Siinä 3D-tekniikat ovat avainasemassa keinotekoisia verisuonirakenteita tuotettaessa. Materiaalikehityksessä tulee huomioida sekä 3D-tekniikoiden asettamat valmistustekniset haasteet että käyttökohteen mukaiset ominaisuusvaatimukset, kuten elastisuus ja elimistöön soveltuvuus. Tavoitteena on saada aikaan kudosviljeltyjä rakenteita korvaamaan eläinkokeita farmasian- ja kosmetiikkateollisuudessa. Pidemmän ajan tavoite on myös saada uusia hoitomuotoja ihovaurioiden hoitoon.

Lisätietoja:

VTT
Tutkimusjohtaja Erja Turunen
Puh. 050 380 9671
erja.turunen@vtt.fi

Aalto-yliopisto
Akatemiaprofessori Jukka Seppälä
Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu
Puh. 0400 701 142
jukka.seppala@aalto.fi

Aalto-yliopisto
ADDLABin johtaja Kivi Sotamaa
Puh. 050 435 0109
kivi.sotamaa@aalto.fi

Avainsanat: