Antti Alonen
TKI-asiantuntija
http://alvo.savonia.fi
Formnext on Euroopan merkittävin ja yksi maailman suurimmista vuosittain järjestettävistä lisäävään valmistukseen (3D-tulostus) keskittyvistä tapahtumista. Osallistuimme tapahtumaan LIVA (Lisäävä Valmistus Pohjois-Savossa) –hankkeeseen liittyen. LIVAssa on käynnistelty lisäävän valmistuksen toimintaympäristöä Savonialle ja uusimman tiedon hankkiminen on olennainen osa tätä prosessia. Tämän vuoden Formnext oli jälleen kerran edellistä vuotta suurempi, ja näytteilleasettajien joukossa olivat käytännössä kaikki maailman merkittävimmät laitevalmistajat ja palveluntuottajat.
Kävijät olivat edellisvuosien tapaan ympäri maailmaa: 49% vierailijoista tuli Saksan ulkopuolelta yhteensä 32 eri maasta. Seuraavassa taulukossa on kuvattu tapahtuman kasvamista viimeisen muutaman vuoden ajalta. Ensi vuodelle ennakoidaan taas edellistä suurempaa tapahtumaa ja tapahtuma siirtyykin uusiin halleihin tilapuutteen vuoksi.
Varjopuolena tapahtuman kasvussa on se, että näytteilleasettajia ja nähtävää on jo niin paljon että esillä oleviin osastoihin ei enää ehdi tutustumaan vaikka messuilla viettäisi koko viikon. Niinpä silmiin osuikin joka päivä jotain uutta, vaikka olevinaan käveli samoja käytäviä pitkin. Emme olleet tuntemuksiemme kanssa yksin, vaan kuulimme saman asian myös useilta muilta messuvierailijoilta.
GE Additive (yksi maailman suurimmista toimijoista 3D-tulostuksen saralla) esitteli yhteistyössä HRE Wheelsin kanssa kehitettyä titaanista valmistettua vannetta. Perinteisesti vanteet valmistetaan alumiinista koneistamalla, jolloin suuri osa käytetystä materiaalista (80%!) menee hukkaan. Titaanilla on alumiinia paremmat materiaaliominaisuudet mutta se on myös huomattavasti arvokkaampi materiaali, joten valmistaminen kuutiosta koneistamalla ei ole kustannuksiltaan järkevää. 3D-tulostuksen avulla materiaalihukka on vain 5% jolloin päästään jo valmistuskustannuksiltaan paremmalle tasolle. Kustannuksista puhuttaessa on toki selvää, että titaanivanteet eivät ole tulossa ”kansanautojen” varusteeksi. Tässäkin tapauksessa kyseessä oli McLaren P1.
Metallitulostus oli muutenkin messuilla vahvasti esillä sillä viimeisen muutaman vuoden aikana markkinoille on tullut kymmeniä uusia laitevalmistajia. Metallitulostuksen tarjonnasta ja uutuuksista Formnext –messuilla kirjoitamme tarkemmin seuraavassa blogikirjoituksessa.
Nesteen fotopolymerisointiin, eli valokovetukseen perustuvien laitteiden osalta on tapahtunut viimeisen vuoden aikana paljon, ja se näkyi myös messuilla. Laitteistovalmistajia on tullut markkinoille entistä enemmän, laitteiden nopeudet ovat kasvaneet ja materiaalimäärä monipuolistunut entisestään. Markkinoilla on nyt useita valmistajia jotka lupaavat tulostusnopeudeksi 1 cm/min tai yli. Vaikka pääosin UV-kovettuvasta resiinistä valmistettavat 3D-tulosteet eivät sovellukaan suoraan auringonvalolle altistuviin käyttökohteisiin, valmistajilla on myös paremmin UV-säteilyä kestäviä materiaalia tarjolla. Käyttökohteita löytyy runsaasti eri aloilta, mm. eri koneiden ja laitteiden sisätiloihin sijoittuvissa komponenteissa.
Muutamia vuosia markkinoilla ollut Carbon 3D oli ensimmäistä kertaa Formnext –messuilla mukana ja saapunut nyt myös Eurooppaan. Ensimmäinen palveluntarjoaja Euroopassa on Oerlikon AM joka osti muutama vuosi sitten Citim:in. Yrityksellä on käytössään kolmannen osapuolen toimittama automatisoitu ratkaisu (3 Carbon tulostinta, kappaleenkäsittelyrobotti, pesulaite), joista Carbon on toimittanut järjestelmään vain tulostimet ja pesurin.
Automatisoidussa ratkaisussa tulostusalustassa on NFC-piiri, jonka avulla pesuri tunnistaa alustassa kiinni olevat kappaleet ja valitsee sopivan pesuohjelman optimaalisen tuloksen (ja ajankäytön) saavuttamiseksi. Jokin tämän kaltainen täysautomaattinen ratkaisu on tarpeen, jos SLA-menetelmällä aikoo oikeasti valmistaa suuria määriä kappaleita. Esimerkiksi Adidas on ilmoittanut valmistavansa Carbonin laitteilla satoja tuhansia kenkien välipohjia vuoden 2018 loppuun mennessä. Suuret tulostusmäärät edellyttävät (ainakin länsimaissa) automatisoituja ratkaisuja kappaleiden liikutteluun.
Myös FIT AG (suuri saksalainen 3D-tulostuspalveluntarjoaja teollisuudelle) on hankkinut useita teollisen mittakaavan SLA-tulostimia, joilla se tarjoaa valmistuspalvelua yrityksille mm. autoteollisuudessa, lentokoneteollisuudessa ja terveysalalla. FIT käyttää 3DSystemsin laitteita, joissa suurimmissa tulostusalue on 1500x750x550 mm.
Messuilla oli esillä useita moniväritulostukseen soveltuvia laitteita eri valmistusmenetelmiin perustuen. Savoniankin kannalta kiinnostava multimateriaalitulostus monivärisenä näyttäisi toistaiseksi olevan rajattu lähinnä Stratasysin laitteisiin. Valmistajalta on tullut markkinoille J735 laitteisto, joka on hieman aiempaa J750 mallia pienemmällä tulostusalueella, mutta muuten tekniikaltaan sama. Tulostusalueen pieneneminen näkyy paitsi laitekoossa, myös laitteen hinnassa (suomessa noin 200 000 €).
Muita moniväritulostusta tarjoavia yrityksiä olivat mm. Mimaki 10 miljoonan värin pintavärjäyksellä sekä Rize ja XYZ Printing joiden laitteissa värjätään koko kappale. Mimakin 3DUJ-553 -tulostimen toiminta perustuu inkjet – menetelmään, kun taas Rizen ja XYZ Printing –valmistajien järjestelmissä hyödynnetään pursottavan menetelmän ja inkjet –menetelmän sekoitusta. Tulevaisuudessa Rizen järjestelmä voi värien lisäksi myös mahdollistaa 3D-tulosteille esimerkiksi sähkönjohtavuuteen vaikuttavia ominaisuuksia. Niin Stratasysin, Mimakin kuin Rizenkin laitteissa täytyy käyttää laitevalmistajien omia materiaaleja.
Muovitulostuksen osalta messuilla oli toki muitakin uutuuksia. Jauhepetitekniikka on tällä hetkellä yleisimpiä teollisuuden käyttämiä lisäävän valmistuksen menetelmiä, jossa laitemarkkinoita ovat dominoineet muutamat suuret yritykset. Tilanne on muuttumassa, sillä muutaman keskeisen patentin rauettua tarjolle on tullut enenevissä määrin uusi toimijoita, myös teollisen mittakaavan laitteistoihin liittyen. Tämä tarkoittaa väistämättä hintojen laskua. Esimerkkinä pienemmän tulostusalueen omaavista halvemmista laitteista on Puolalaisen Sinterit yrityksen Lisa –laitteet, joiden hintaluokka on noin 8-20 k€ riippuen laitteen koosta ja lisälaitteista. Myös Formlabsilta on tulossa saman kokoluokan, paljon mainostettu Formlabs Fuse –laitteisto, mutta sen markkinoille tulo on lykkääntynyt 2019 vuoden loppuun.
Alan suuret toimijat eivät ole jääneet lepäämään laakereillaan vaan uusia toiminnallisuuksia ja innovaatioita esitellään jatkuvasti. EOS, yksi alan pioneereistä, mainosti messuilla tulossa olevaa ”miljoonan laserin” järjestelmäänsä polymeeripuolelle. EOS käyttää tekniikasta nimeä LaserProFusion, ja kertoo sen korvaavan ruiskuvalumenetelmän monissa käyttökohteissa. Järjestelmässä on yksittäisen laserin sijaan miljoona diodilaseria (teho yhteensä 5 kW) jotka peittävät koko tulostuspedin alueen kerralla. Lasereista aktivoidaan vain ne, joiden tulostusalueella on osan geometria nopeuttaen merkittävästi kerroskohtaista valotusaikaa yksittäisten lasereiden käyttöön verrattuna. Myyntiin järjestelmä tulee ilmeisesti muutaman vuoden kuluttua. Valitettavasti tämän enempää tietoa valmistaja ei vielä järjestelmästä kertonut.
Kilpailu pursotustekniikkaan perustuvien laitevalmistajien kesken on ollut viime vuodet kiivasta, mikä on ajanut lukuisia laitevalmistajia erikoistumaan haastavimpiin materiaaleihin tai hakemaan kilpailukykyä ja parempaa katetta teknisten innovaatioiden kautta.
Esillä oli useita pursotustekniikkaan perustuvia korkeamman lämpötilan 3D-tulostimia, joiden tähtäimessä ovat tekniset erikoismuovit kuten PEEK ja ULTEM. Etuna materiaaleilla on huomattavasti “perusmuoveja” paremmat materiaaliominaisuudet mutta niiden valmistuksessa vaaditaan suuttimen lämpötilan (n. 450-500 °C) lisäksi lämmitettyä tulostuskammiota & tulostusalustaa ja huomattavasti parempaa prosessinhallintaa. Laitteistojen hinnat liikkuvat 30-300 k€ välillä, ja niissä yleisesti näkyviä ominaisuuksia ovat vesijäähdytetyt, modulaariset tulostuspäät, materiaalin kuivatusjärjestelmät sekä tulostusalustaan liittyvät tekniset ratkaisut kuten automaattiset tai puoliautomaattiset alustan kalibroinnit. Suomalainen Minifactory oli yksi esillä olleista laitevalmistajista tarjoten laitetta ULTEM, PEEK, PEKK ja PPSU -polymeerien 3D-tulostukseen.
Muita esillä olleita teknisiä ratkaisuja pursotusmenetelmän parantamiseksi olivat hihnamaiset tulostusalustat, 45 asteen kulmassa tulostus sekä tulostuspäiden lukumäärän kasvaminen laitteissa.
Aiempina vuosina suuremmat valmistajat (mm. Stratasys) ovat esitelleet laitteissaan hihnamaisia tulostusalustoja, jotka mahdollistavat sarjatuotannon. Nyt myös pienemmillä toimijoilla oli esillä liikkuvia tulostushihnoja. Kahdella esillä olleella valmistajalla (Blackbelt, RobotFactory) tämä toiminnallisuus oli yhdistetty 45 asteen kulmassa toimivaan tulostuspäähän. Tämä mahdollistaa periaatteessa ”jatkuvan tulostuksen”, eli yhteen suuntaan loputtoman pitkän kappaleen valmistamisen. Toki fysiikan lait ja tekniset rajoitukset rajaavat osan valmistuspituuden esimerkiksi kuljetusjärjestelmän pituuteen.
Esillä oli myös ratkaisuja, joissa pursottavassa 3D-tulostimessa oli useita itsenäisesti toimivia tulostuspäitä (kuitenkin samalla akselilla). Tällä tarjotaan mahdollisuutta valmistaa useita (samanlaisia) kappaleita samanaikaisesti, eli tähtäimenä siinäkin piensarjatuotanto. Yhdistettynä hihnamaiseen tulostusalustaan tämänkaltaisella ratkaisulla olisikin mahdollista kasvattaa tulostuksen sarjakokoa huomattavasti. Useiden valmistajien ratkaisuissa tulostuspäät olivat modulaarisia, eli ne pystyy halutessaan ottamaan pois törmäysten välttämiseksi suurten kappaleiden tulostuksen yhteydessä.
