Viimeisen kolmen vuoden aikana Savonialla on tehty töitä uuden, monialaisen 3D-tulostuksen tki- ja oppimisympäristön suunnittelun ja käyttöönoton parissa. Ensimmäinen askel kokonaisuudessa oli suunnittelu, jossa selvitettiin minkälainen ympäristön tulisi olla. Toinen askel on parhaillaan menossa oleva ”Lisäävä Valmistus Pohjois-Savossa (LIVA) –hanke, jossa ympäristö on käynnistynyt opistotien kampuksella. Ympäristön tehokkaimpia käyttäjiä ovat toistaiseksi olleet tki-toiminnan lisäksi konetekniikan ja muotoilun opetus, mutta tutkimusta ja toimenpiteitä on tehty myös rakennusalan, terveysalan ja liiketalouden osaajien kanssa.

Kolmantena askeleena 3D-tulostusympäristön kehityksessä ovat uudet laitteistoinvestoinnit, joilla päivitetään paitsi laitekanta, myös osaaminen uusien laitetekniikoiden osalta. Nyt tämä kolmas askel on varmistunut myönteisen rahoituspäätöksen myötä.

Pohjois-Savon liiton rahoittama 3D-tulostusympäristön investointi- ja kehityshanke toteutetaan 1.10.2018 – 31.12.2020 ja valtaosa investoinneista tapahtuu vuoden 2019 aikana. Budjetti on kehityshanke mukaan lukien n. 3.2 miljoonaa euroa eli kyseessä on Suomen mittakaavassa huomattava kokonaisuus. Nimensä mukaisesti investointiosuudessa on mukana ainoastaan laiteinvestoinnit, kehityshankkeessa toteutetaan hankittavien laitteiden käyttöönotto. Sattumalta investointihankkeen aikana on menossa Savonian siirtyminen Savilahden alueelle, joten 3D-tulostusympäristölle soveltuvia tiloja päästään suunnittelemaan puhtaalta pöydältä.

Hankkeessa ovat Savonian ja alueen yritysten lisäksi mukana Kuopion Yliopistollinen Sairaala, Itä-Suomen Yliopisto, Savon ammatti- ja aikuiskoulutuskeskus sekä Ylä-Savon ammatti- ja aikuiskoulutuskeskus. Viimeisen parin vuoden aikana LIVA –hankkeessa on tehty yhteistyötä mm. KYS Kuvantamiskeskuksen sekä Itä-Suomen Mikrokirurgiakeskuksen kanssa ja laitteiden päivityksen myötä potentiaalisten käyttökohteiden määrä moninkertaistuu.

Minkälaisia laitteita ympäristöön hankitaan?

Investoinnin myötä kyseessä on todennäköisesti Suomen monipuolisin 3D-tulostusympäristö, sillä valikoimaan tulee useita eri menetelmiin perustuvia 3D-tulostuslaitteita, jotka mahdollistavat 3D-tulosteiden valmistamisen useista eri materiaaleista eri kokoluokissa.

Investointihankkeeseen on budjetoitu mm. seuraavia hankintoja:

  • Metallitulostin (jauhepetitekniikkaan perustuva)
  • Metallitulostin (pursotukseen ja uunitukseen perustuva prosessi)
  • Metallitulostin (Lankasyöttöinen suorakerrostus, robotin tulostuspää)
  • Muovin 3D-tulostuslaite robottiin
  • Muovin Multi-Jet Fusion tulostin
  • Muovin multimateriaalitekniikkaan perustuva tulostin
  • Betonin 3D-tulostusratkaisu
  • Muovin 3D-tulostuslaitteet koulutuskäyttöön (jauhepetitekniikka, pursotus+ hiilikuitu, pursotus)
  • Filamentin valmistuslaitteisto
  • Muovin uv-testauslaitteisto

Mitä hankittavat laitteet käytännössä mahdollistavat?

Ympäristöön hankitaan sekä tutkimus- että koulutuskäyttöön soveltuvia laitteita. Karkeasti jaoteltuna tutkimuslaitteet ovat sellaisia, joita opiskelijat pystyvät hyödyntämään vain ohjatusti ja koulutuskäyttöön tarkoitetut laitteet ovat puolestaan opiskelijoiden enemmän tai vähemmän itsenäisesti käytettävissä. Savilahden uudelle kampuksen tilat jakautuvat fyysisestikin kahteen eri ympäristöön. Jaottelun taustalla on luonnollisesti käyttöturvallisuuteen liittyvät seikat.

Metallin jauhepetitekniikka (PBF, Powder Bed Fusion) on tällä hetkellä yleisin teollisuuden käytössä oleva menetelmä.  Laitteistolla voidaan valmistaa tulostusalueeltaan n 260x260x350 mm kokoisia kappaleita suojakaasun alaisesti kammiossa. Kerroskorkeus on yleensä 20-100 mikrometriä, materiaalivaihtoehtoina mm. teräs, työkaluteräs, alumiini ja titaani. Potentiaalisia käyttökohteita löytyy kaikilta toimialoilta.

Metallin pursotustekniikkaan perustuvia laitteistoja on vasta tulossa markkinoille. Toisin kuin standardin mukainen pursotusmenetelmä muoville, näissä laitteistoissa käytetään MIM (Metal Injection Molding) -materiaaleja ja pursotetut kappaleet saavuttavat lopulliset ominaisuutensa vasta uunitusprosessin jälkeen. Kappaleet myös kutistuvat uunitusprosessissa, joka on otettava huomioon 3D-tulostamalla kappale sopivasti skaalattuna. Tällä hetkellä tunnetuimmat laitevalmistajat ovat Desktop Metal ja Markforged. Tulostusalue on samaa luokkaa kuin jauhepetitekniikkaan perustuvissa laitteissa. Tulostusjälki on karkeampaa mutta huomattavasti edullisemmat laite- ja materiaalikustannukset tarjoavat käyttökohteita laajasti eri aloille.

Kuva 1. Metallin jauhepetitekniikalla sekä metallin pursotustekniikalla valmistettuja kappaleita (Lähde: Formnext 2017)

Lankasyöttöinen metallin suorakerrostusmenetelmä puolestaan mahdollistaa suurten (1-5 m) kokoluokkaa olevien metallikappaleiden valmistuksen robottihitsaussolussa. Jälki on aika karkeaa, mutta vastaavasti tulostusnopeus on suurempi. Maailmalta löytyy jo jonkin verran esimerkkejä potentiaalisista käyttökohteista, yhtenä suurena esimerkkinä Hollannissa tulostettu kävelysilta. (http://mx3d.com/projects/bridge-2/)

Robottiin kiinnitettävällä muovin 3D-tulostuspäällä voidaan metallin tapaan tapaan valmistaa suuriakin kappaleita. Hankittava ratkaisu mahdollistaa myös erilaisten komposiittirakenteiden tulostuksen, kun raaka-aineen sekaan lisätään haluttuja kuituja. Hyviä esimerkkejä sekä metallin että muovin suorakerrostuksella valmistetuista kappaleista löytyy ORNL (Oak Ridge National Laboratory) tutkimuskeskuksen flickr-sivuilta osoitteesta: https://www.flickr.com/photos/oakridgelab/sets/72157650005610555

Kuva 2. Metallin ja muovin suorakerrostustekniikalla valmistettuja (Lähde: Formnext 2017, Oak Ridge National Laboratory)

Muovin Multi-Jet Fusion (MJF) –tekniikkaan perustuva tulostuslaite on uusi, markkinoille vasta tullut 3D-tulostin, joka mahdollistaa täysväritulostuksen sekä mahdollisesti tulevaisuudessa myös muita materiaaliominaisuuksia kappaleille. Jauhepetitekniikan tapaan kappaleet eivät tarvitse tukirakenteita, sillä jauhe kannattelee valmistettavaa muotoa valmistuksen ajan. Materiaalina on muovin jauhepetitulostuksen tapaan polyamidi (PA12).

Muovin multimateriaalitulostimella tarkoitetaan laitetta, jossa tulostettavan kappaleen materiaaliominaisuudet muodostuvat tulostusprosessin aikana halutun tuloksen saamiseksi. Kappaleen läpinykyvyys tai kovuus voi muuttua halutulla tavalla kappaleen eri kohdissa. Käyttökohteita löytyy tällä hetkellä erityisesti terveysalalta ja muotoilun puolelta.

Kuva 3. Muovin MJF -tekniikka tuo täysväritulostuksen jauhepetiin perustuvaan tekniikkaan. Multimateriaalitulosteet (oikealla) puolestaan mahdollistavat muuttuvat materiaaliominaisuudet. Lähde: Formnext 2017)

Filamentin valmistuslaitteisto mahdollistaa paitsi 3D-tulostuksessa syntyvän muovijätteen kierrätyksen, myös erilaisten komposiittifilamenttien valmistamisen. Muovin uv-testauslaitteistolla puolestaan pystytään tutkimaan erilaisten 3D-tulosteiden säänkestävyyttä. 3D-tulostusmateriaalien ominaisuuksista tarvitaan lisää tietoa kun niitä hyödynnetään entistä enemmän teollisuuden käyttökohteissa.

Yritysten osallistuminen hankkeeseen

Tavoitteena on kerätä hankkeeseen mukaan parisenkymmentä yritystä mahdollisimman laajasti eri toimialoilta. Hankkeessa mukana olevat yritykset pääsevät hyödyntämään hankittavia laitteita testauksessa ja tutkimuksessa, mutta lopputuotteiden tuotanto ei EAKR-rahoitteisilla laitteilla ole mahdollista. Mikäli tutkimuksen ja testauksen jälkeen yritys toteaa 3D-tulostuksen olevan varteenotettava valmistusmenetelmä tuotteelleen, etsitään yritykselle sopiva toimittaja kaupallisista palveluntarjoajista.

Lisäksi kiinnostuneet yritykset voivat osallistua laitteiden käyttöönottoon aivan alusta saakka, joten oman laitteen hankinnasta kiinnostuneille yrityksille osallistumisesta on selvää hyötyä. Yritysten osallistumismaksu määräytyy yrityksen koon (mikroyritys/pienyritys/pk-yritys/suuryritys) ja osallistumisen laajuuden mukaan. Vaihtoehdot ovat 2500 €, 5000 €, 10000 € tai 15000 €.

 

Antti Alonen
TKI-asiantuntija
Savonia-ammattikorkeakoulu
http://alvo.savonia.fi/

Savilahden uudelle kampukselle tulee monipuolinen 3D-tulostusympäristö
Tagged on:         

2 thoughts on “Savilahden uudelle kampukselle tulee monipuolinen 3D-tulostusympäristö

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *