{"id":219,"date":"2018-10-31T15:06:58","date_gmt":"2018-10-31T15:06:58","guid":{"rendered":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/?p=219"},"modified":"2021-03-24T12:22:43","modified_gmt":"2021-03-24T12:22:43","slug":"jatemuovista-ja-kotimaisesta-puusta-3d-tulostusmateriaaleiksi","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/2018\/10\/31\/jatemuovista-ja-kotimaisesta-puusta-3d-tulostusmateriaaleiksi\/","title":{"rendered":"J\u00e4temuovista ja kotimaisesta puusta 3D-tulostusmateriaaleiksi"},"content":{"rendered":"

Muovin ymp\u00e4rill\u00e4 k\u00e4yt\u00e4v\u00e4 keskustelu k\u00e4y vilkkaana. Muovia tulisi k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 v\u00e4hemm\u00e4n ja olemassa olevaa muovia rohkaistaan kierr\u00e4tt\u00e4m\u00e4\u00e4n aiempaa tehokkaammin. Mit\u00e4p\u00e4 jos vanhoista materiaalin pursotusmenetelm\u00e4ll\u00e4 tuotetuista kappaleista voisi valmistaa uutta tulostusmateriaalia \u2013 tai jopa kotitalouksien j\u00e4temuovista? T\u00e4m\u00e4n mahdollistavia laitteita on saapunut markkinoille, ja osa laitteista on niinkin edullisia, ett\u00e4 jopa kotitulostaja voi sellaisen hankkia joutumatta vararikkoon. Ent\u00e4 onko t\u00e4llaisen kierr\u00e4tysmuovista valmistetun tulostusmateriaalin k\u00e4ytt\u00f6 turvallista?<\/p>\n

N\u00e4iden kysymysten ymp\u00e4rill\u00e4 ty\u00f6skentelyn lis\u00e4ksi kes\u00e4n aikana Savonialla testattiin kotimaista puuper\u00e4ist\u00e4 tuotetta \u2013 eli selluloosakuidun ja PLA-muovin sekoituksesta valmistettua UPM Formi-tulostusfilamenttia. K\u00e4yt\u00e4nn\u00f6llisyyden lis\u00e4ksi tutkittiin kyseisen materiaalin tulostuksen aikaisia p\u00e4\u00e4st\u00f6tasoja ja verrattiin niit\u00e4 yleisimpiin muovifilamentteihin sek\u00e4 ulkomaisen kilpailijan puufilamenttiin. Tutkimus liittyi Pohjois-Savon liiton rahoittamaan Lis\u00e4\u00e4v\u00e4 Valmistus Pohjois-Savossa (LIVA) -hankkeeseen.<\/p>\n

Korsi, joka katkaisi hiilivetyketjun sel\u00e4n<\/strong><\/p>\n

Muovin kierr\u00e4tyksess\u00e4 uudeksi materiaalin pursotusmenetelm\u00e4n tulostusmateriaaliksi se murskataan, sulatetaan ja vedet\u00e4\u00e4n uudeksi tulostuslangaksi. Muovien selk\u00e4rankana toimii toistuva hiilivetyketju eli polymeerirakenne, joka voi katkeilla ja k\u00e4rsi\u00e4 muutoksista, kuten hapettumisesta, sit\u00e4 kuumennettaessa. N\u00e4iden muutosten lis\u00e4ksi muovissa olevat lis\u00e4aineet ja ep\u00e4puhtaudet voivat haihtua tai rikastua, ja kaikkien muutosten summana muovin kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet voivat muuttua.<\/p>\n

\"\"
Kuva 1. Tutkimukseen valikoitu ketsuppipullo<\/figcaption><\/figure>\n

Tutkimus alkoi n\u00e4iden pohjatietojen varassa ja kotitalousper\u00e4iseksi j\u00e4temuoviksi p\u00e4\u00e4tyi kotimainen ketsuppipullo, joka oli valmistettu PET-muovista. Pullojen korkit puolestaan olivat PP-muovia. Ketsuppipullojen lis\u00e4ksi kierr\u00e4tetty\u00e4 tulostusmateriaalia tuotettiin materiaalinvalmistajalta ostetusta PET-muovista, perinteisest\u00e4 PLA-muovista sek\u00e4 sivuvirta-PLA-muovista, eli periaatteessa jo kertaalleen kierr\u00e4tetyst\u00e4 PLA-muovista.<\/p>\n

It\u00e4-Suomen yliopiston tutkija Samuel Hartikainen liittyi my\u00f6s tutkimukseen, ja h\u00e4n tutkii 3D-tulostettujen kappaleiden sek\u00e4 muovifilamenttien kemiallista koostumusta SIB Labsin<\/a> 2D-GCMS-analytiikalla. Sen avulla voidaan saada selville muovissa tapahtuvat kemialliset muutokset, kun taas Savonialla tehdyiss\u00e4 mittauksissa keskityt\u00e4\u00e4n tulostuksen aikaisiin kemiallisiin ja hiukkasmaisiin p\u00e4\u00e4st\u00f6tasoihin.<\/p>\n

\"\"
Kuva 2. SIB Labsin 2D-GCMS-analyysilaite<\/figcaption><\/figure>\n

Kohti kokeellista osuutta<\/strong><\/p>\n

Koeasettelu oli yksinkertainen: mitataan ensin puhtaiden eli materiaalinvalmistajilta ostettujen filamenttien tulostuksen aikaiset alkup\u00e4\u00e4st\u00f6tasot. Kierr\u00e4tett\u00e4v\u00e4t muovikappaleet toimitetaan tutkimusyhteisty\u00f6ss\u00e4 mukana olevaan Arcada-ammattikorkeakouluun, jossa uuden filamentin valmistus tapahtuu. T\u00e4m\u00e4n j\u00e4lkeen p\u00e4\u00e4st\u00f6tasot mitataan kierr\u00e4tetyist\u00e4 materiaaleista ja niit\u00e4 verrataan puhtaiden materiaalien alkutasoihin.<\/p>\n

Teoriassa materiaalin kierr\u00e4tys uudeksi filamentiksi on siis aika suoraviivaista. K\u00e4yt\u00e4nn\u00f6ss\u00e4 uudelleen l\u00e4mp\u00f6muovattavien muovimateriaalien kyky siet\u00e4\u00e4 kyseist\u00e4 k\u00e4sittely\u00e4 on vaihteleva ja suoraa vastausta siihen, monestiko PLA- ja PET-muovit siet\u00e4v\u00e4t l\u00e4mp\u00f6muovausta, ei ole. T\u00e4ten eteneminen tapahtui \u201dyhden k\u00e4den taktiikalla\u201d ja kierr\u00e4tystoistojen m\u00e4\u00e4r\u00e4ksi valittiin 1 ja 5 kertaa. Kaupallisista 3D-tulostusmateriaaleista valmistettiin siis kaksi rullaa uutta materiaalia, toinen rulla on l\u00e4mp\u00f6muovattu uudeksi langaksi kerran, toinen viidesti. J\u00e4temuovi kierr\u00e4tettiin uudeksi filamentiksi vain kerran.<\/p>\n

\"\"
Kuva 3. Arcada-ammattikorkeakoulun 3D-tulostusfilamentin valmistuslaite<\/figcaption><\/figure>\n

Kaiken takana on kemia<\/strong><\/p>\n

Kerran l\u00e4mp\u00f6muovatut kaupalliset PLA- ja PET-muovit toimivat, kuten pitikin. Viisi l\u00e4mp\u00f6kiertoa puolestaan oli materiaaleille liikaa sill\u00e4 filamenteist\u00e4 oli tullut liian hauraita sek\u00e4 kovettuneita tulostettavaksi. Kierr\u00e4tysmateriaalin hy\u00f6dynt\u00e4minen, eli filamentin valmistaminen muovipulloista ep\u00e4onnistui, sill\u00e4 pulloissa k\u00e4ytetty PET-muovi oli ilmeisesti \u201dpuhallettavaa\u201d tyyppi\u00e4, jolloin se sulaessaan k\u00e4ytt\u00e4ytyy l\u00e4hes nesteen tavoin \u2013 ei tahnamaisesti, kuten tulostettavat muovit. Tulostusfilamentin valmistaminen PP-pullonkorkeista sen sijaan onnistui, joskin materiaalina PP on haastava tulostettava suuresta kutistumasta johtuen.<\/p>\n

Sanotaan, ett\u00e4 tutkimuksissa edistyminen ilman ep\u00e4onnistumisia on sattumaa. Arcada-ammattikorkeakoulun avustuksella materiaalivalintoihin tehtiin muutoksia ja tutkimusta p\u00e4\u00e4tettiin jatkaa PLA- ja PP-muovien kanssa. Savonian tutkimus jatkuu uusien materiaalien parissa, ja materiaalin\u00e4ytteist\u00e4 voi l\u00f6yty\u00e4 jotain perin mielenkiintoista \u2013 mit\u00e4 viidesti l\u00e4mp\u00f6k\u00e4siteltyjen lankojen rakenteessa tarkalleen tapahtui?<\/p>\n

Tutkimusten lopulliset tulokset julkaistaan Samuel Hartikaisen ja Antti V\u00e4is\u00e4sen v\u00e4it\u00f6skirja-artikkeleissa, joissa k\u00e4sitell\u00e4\u00e4n kierr\u00e4tysmuovien kemiaa ja aiheeseen liittyvi\u00e4 ymp\u00e4rist\u00f6- ja terveysriskej\u00e4.<\/p>\n

\"\"
Kuva 4. Onnistuneet PLA- (harmaa) ja PP-filamentit (musta)<\/figcaption><\/figure>\n

Puujakkara ja pienhiukkaset<\/strong><\/p>\n

Geometrian ja materiaalin tulostettavuuden testausta varten UPM Formista tulostettiin ensin miniatyyrijakkara \u2013 kooltaan sopiva vaikka nukkekotiin. Koska kaikki toimi odotetusti, malli skaalattiin vastaamaan todellista el\u00e4m\u00e4\u00e4. Lopputuloksena \u2013 noin 30 tunnin tulostuksen j\u00e4lkeen \u2013 oli ihan oikea \u201dpuujakkara\u201d.<\/p>\n

P\u00e4\u00e4st\u00f6mittauskokeessa UPM Formi p\u00e4rj\u00e4si my\u00f6s hyvin. Kokeessa mitattiin tulostuksen aikaiset haihtuvien orgaanisten yhdisteiden eli VOC-yhdisteiden, formaldehydin ja nanohiukkasten pitoisuudet. Vertailukohteina k\u00e4ytettiin jo aiemmin tutkittujen ja v\u00e4h\u00e4p\u00e4\u00e4st\u00f6isiksi todettujen PLA-muovin sek\u00e4 kilpailevan tuotteen, Formfutura EasyWood-filamentin p\u00e4\u00e4st\u00f6tasoja. Materiaalien p\u00e4\u00e4st\u00f6tasot on esitetty seuraavassa taulukossa.<\/p>\n

\"\"
Taulukko 1. Materiaalien VOC-, formaldehydi- ja nanohiukkasten p\u00e4\u00e4st\u00f6tasot<\/figcaption><\/figure>\n

VOC-p\u00e4\u00e4st\u00f6jen suhteen UPM Formin, EasyWood-filamentin ja PLA-muovin v\u00e4lill\u00e4 ei ole juurikaan eroa ja tulostuksen aikaiset pitoisuudet ovat matalia. Sek\u00e4 EasyWood-filamentin ett\u00e4 UPM Formin formaldehydip\u00e4\u00e4st\u00f6t olivat PLA-muovia aavistuksen suuremmat, mutta siit\u00e4 huolimatta eritt\u00e4in pienet ja kaukana yhdisteeseen liittyvist\u00e4 turvallisuusrajoista. Nanohiukkasten osalta UPM Formi p\u00e4ihitti EasyWood-filamentin v\u00e4h\u00e4p\u00e4\u00e4st\u00f6isyydell\u00e4\u00e4n, mutta h\u00e4visi niukasti puhtaalle PLA-muoville. Yhteenvetona: UPM Formi vaikuttaa hyv\u00e4lt\u00e4 3D-tulostusmateriaalilta niin k\u00e4ytett\u00e4vyydelt\u00e4\u00e4n kuin v\u00e4h\u00e4p\u00e4\u00e4st\u00f6isyydelt\u00e4\u00e4nkin.<\/p>\n

\"\"
Kuva 5. \u201dSuomalaisesta puusta\u201d 3D-tulostettu jakkara<\/figcaption><\/figure>\n

Linkit
\nSIB Labs: https:\/\/www.uef.fi\/fi\/web\/siblabs<\/a>
\nUPM Formi: https:\/\/www.upmformi.com\/Pages\/default.aspx<\/a><\/p>\n

Antti V\u00e4is\u00e4nen
\nProjektity\u00f6ntekij\u00e4
\nSavonia-ammattikorkeakoulu, LIVA-hanke<\/p>\n\n\n

\"\"<\/figure>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Muovin ymp\u00e4rill\u00e4 k\u00e4yt\u00e4v\u00e4 keskustelu k\u00e4y vilkkaana. Muovia tulisi k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 v\u00e4hemm\u00e4n ja olemassa olevaa muovia rohkaistaan kierr\u00e4tt\u00e4m\u00e4\u00e4n aiempaa tehokkaammin. Mit\u00e4p\u00e4 jos vanhoista materiaalin pursotusmenetelm\u00e4ll\u00e4 tuotetuista kappaleista voisi valmistaa uutta tulostusmateriaalia \u2013 tai jopa kotitalouksien j\u00e4temuovista? T\u00e4m\u00e4n mahdollistavia laitteita on saapunut markkinoille, ja osa laitteista on niinkin edullisia, ett\u00e4 jopa kotitulostaja voi […]<\/p>\n","protected":false},"author":4267,"featured_media":225,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[20,1],"tags":[5,17,18,19],"class_list":["post-219","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-liva","category-uncategorized","tag-3d-tulostus","tag-hiukkaspaastot","tag-pienhiukkaset","tag-voc"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/219","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/users\/4267"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=219"}],"version-history":[{"count":7,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/219\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":990,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/219\/revisions\/990"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/media\/225"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=219"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=219"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=219"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}