Lisäävä valmistus eli 3d-tulostaminen on suhteellisen hidas valmistusteknologia, mutta hyvällä suunnittelulla se on paras tapa tuottaa monimutkaisia osia.
Dtreamin 3d-suunnittelija ja tekninen myyjä Pasi Laine levittää muovikappaleita pöydälle. Muovisten tukivarsien näköismallien painot eivät juuri eroa toisistaan, mutta teräksisenä koneella työstetty kappale painaa 4,6 kiloa, kun taas topologisesti optimoitu ja tulostettu kappale painaa vain 1,2 kiloa.
Teknologiakeskus Hermiassa Tampereen Hervannassa toimiva kuuden hengen yritys optimoi teollisuuden tarvitsemien osien muotoa, simuloi niiden kestävyyttä ja suunnittelee niitä esimerkiksi tulostettavaksi. Optimoinnilla ja tulostamisella esineiden paino tippuu usein 30–70 prosenttia.
Lisäävää valmistusta on pidetty mullistavana teknologiana, ja se sopii erityisesti monimutkaisten kappaleiden valmistukseen. Tulostaminen on hidasta ja suhteellisen kallista, joten niin kannattaa valmistaa vain osia, joita muilla menetelmillä ei voida tehdä.
– Tulostetussa osassa voi olla vaikka miljoona reikää ja kaikenlaisia muotoja, Laine sanoo.
Lisäävä valmistustapa voi integroida osia, jotka perinteisesti koottaisiin useilta eri toimittajilta tilatuista komponenteista.
Tulostaminen hyödyttäisi Suomessa erityisesti metalliteollisuutta, joka valmistaa koneita ja laitteita. Topologian optimoinnilla voidaan saavuttaa säästöjä myös perinteisillä valmistusmenetelmillä. Maailmalla tulostaminen kiinnostaa eniten lentokone- ja autoteollisuutta.
Dtream perustettiin viime vuonna koneistettujen, ruiskupuristettujen, valettujen ja 3d-tulostettujen osien optimointia ja simulointia varten. Kyselyjä on tullut lisää monesta yrityksestä kevään aikana.
– Kiinnostus kasvaa koko ajan, Laine sanoo.
Kerros kerrallaan
Vetoapuna 3d-tulostettavien esineiden suunnittelussa ovat olleet 3D Boosti ja 3D Invest -hankkeet, joissa tulostamiseen on annettu käyttöön Sastamalan koulutusyhtymän, Tampereen ammattikorkeakoulun ja Tampereen teknillisen yliopiston tulostimia.
SLM 125 HL -metallitulostin valmistaa enintään 125 millimetriä kanttiinsa olevia kappaleita. Jauhepetitekniikkaan perustuva tulostin levittää tulostusalueelle 30–50 mikrometrin kerroksen metallijauhetta, minkä jälkeen laser sulattaa siitä kiinteäksi halutut kohdat. Vaihe toistuu, kunnes jokainen kerros on tehty.
Koko tulostusalueen valmistamiseen kuluu useita tunteja. Tulostusnopeus on parhaimmillaan 25 kuutiosenttimetriä tunnissa.
Materiaalina voidaan käyttää ruostumatonta terästä, työkaluterästä, alumiinia, titaania, pronssia, hopeaa ja kultaa.
Tulostin maksaa lisälaitteineen 300 000 euroa. Materiaaleista esimerkiksi ruostumaton teräs maksaa sata euroa kilolta, mutta materiaalikustannukset ovat vain noin kymmenesosa kaikista lisäävän valmistuksen kustannuksista metallitulostuksessa.
– Monella yrityksellä on halua kokeilla tulostusta, ja tällaiset oppilaitosten tarjoamat mahdollisuudet madaltavat kynnystä siihen, sanoo Tampereen ammattikorkeakoulun lehtori Harri Laaksonen.
Pari vuotta sitten alkanut tulostushanke päättyy kesällä, mutta hankkeen tulostimet ja palvelut ovat yritysten käytössä materiaalikuluja vastaan vielä viiden vuoden ajan.
Käytettävissä on myös muun muassa ammattikorkeakoulun Stratasys Objet 350 Connex 3 -polymeeritulostin, jolla voi määrittää digitaalisesti materiaalin ominaisuuksia, kuten väriä ja jäykkyyttä.
– Se on Rolls-Royce omassa luokassaan, Laaksonen sanoo.
3D Boostissa on tehty metalli- tai polymeeritulostussuunnitelmia noin 40 yritykselle. Joukossa ovat olleet muun muassa CSI, Lojer, Sandvik, Valmet ja Vexve sekä useita startupeja. Hanke on auttanut yrityksiä selvittämään, mitä voi ja kannattaa tulostaa, mutta liiketoimintaa julkisella hankkeella ei ole tuettu.
– Sitten kun ala puhkeaa, Pirkanmaalla on osaajia valmiina, Laaksonen sanoo.
Suomessa toimii nykyään kaksi kaupallista 3d-metallitulostusyritystä: 3D Step Ylöjärvellä ja AM Finland Lahdessa.
Teksti ja kuvat: Janne Luotola, Insinööriliitto