Lisäävä valmistus eli 3D-tulostaminen kasvaa tasaista tahtia. Alan haasteena on hyvien ideoiden ja innovatiivisten prototyyppien skaalaaminen tuottavaksi liiketoiminnaksi. UPM:n kiinnostus alaa kohtaan on vahva, sillä UPM Biocomposites lanseerasi Suomen Pikavalmistusyhdistyksen yhteydessä vuosittain järjestettävillä Nordic 3D -messuilla uuden UPM Formi 3D -tulostusmateriaalin. UPM Formi 3D tuo selluloosakuitujen ainutlaatuiset toiminnalliset ja esteettiset ominaisuudet 3D-tulostamiseen. Materiaalilla on matta pinta ja monipuoliset värimahdollisuudet ja sitä voi hioa ja maalata tulostamisen jälkeen kuten puuta. Materiaali toimii niin tarkkuutta vaativissa yksityiskohtaisissa töissä kuin suuren mittakaavan töissäkin. Kataja-projektissa valmistettava Lehti-silta toimii esimerkkinä suuren mittakaavan tulostustyöstä. Materiaalilla on itseään tukeva sulaneen tilan ominaisuuksia, minkä vuoksi se sopii erityisen hyvin suuren mittakaavan töihin. Se myös jäähtyy selluloosakuitujen vuoksi nopeasti ja siten myös löytää oikean muotonsa nopeasti moniin muihin materiaaleihin verrattuna. Tämän vuoksi materiaali on suhteellisen helppoa printata, vaikka 3D-tulostimessa ei olisi markkinoiden parasta jäähdytysjärjestelmää.
Wohlersin mukaan 3D-alalle on tullut viimeisen vuosikymmenen aikana suuri joukko uusia materiaaleja ja toimittajia. Jotta ruuhkaisella markkinalla voi saavuttaa markkinaosuuden, tulee 3D-tulostusmateriaalilla olla ainutlaatuisia ominaisuuksia ja käyttökohteita. ”UPM Formi 3D:n erityiset ominaisuudet avaavat uusia käyttömahdollisuuksia alalla. Materiaali toimii tavanomaisella 0,4 millimetrin suuttimella, toisin kuin monet muut puuta ja muovia yhdistävät materiaalit. Prototyypit eivät ole materiaalin ainoa käyttökohde, haluamme olla mukana valmistamassa lopputuotteita esimerkiksi teollisen muotoilun saralla”, sanoo Eve Saarikoski, UPM Formi 3D -asiantuntija ja Application Manager UPM Biocompositesilla.
3D-tulostimet voidaan jaotella noin 1000 dollaria maksaviin pöytämalleihin ja noin 50 000 dollarin teollisen tuotannon malleihin. Alle 5000 dollaria maksavat tulostimet luokitellaan tilastoissa pöytämalleiksi. Vuonna 2017 myytiin yli 500 000 pöytämallin 3D-tulostinta ja 14 000 teollisen tuotannon mallia. Materiaalimarkkinoiden arvon arvioidaan olevan noin miljardi dollaria ja markkina jakautuu photopolymeereihin, polymeerijauheisiin, filamentteihin, metalleihin ja muihin materiaaleihin.
Terry Wohlers
Prototyypeistä tuotantoon uuden suunnittelunäkökulman kautta
Wohlersin mukaan meneillään on muutos 3D-tulostamisen käytöstä vain prototyypeissä kohti 3D-tulostamista teollisen tuotannon menetelmänä. ”3D-tulostamista on käytetty prototyyppien ja teollisen tuotannon muottien valmistukseen jo jonkin aikaa, mutta nyt 3D-tulostamalla myös valmistetaan itse tuotteet. Tämä on merkittävä muutos, sillä se lupaa lisää jatkuvuutta ja laatua tuotantoon.”
Avainasemassa 3D-tulostamisen käyttämiseen tuotantomenetelmänä on kannattavuusrajan määritteleminen: millä valmistusmäärillä 3D-tulostaminen on taloudellisesti järkevämpää kuin esimerkiksi perinteinen ruiskumuottivalu?
“Erään yrityksen kohdalla tämän laskettiin olevan 5000 kappaletta suurempien yksiköiden kohdalla ja 25 000 pienempien. 3D-tulostamisen etuja ovat mahdollisuus tehdä tuotteita vain tarpeen mukaan, muokattavuus ja jatkuva kehitystyö, sekä lyhyempi läpimenoaika, eli aika tilauksesta valmiiseen tuotteeseen. Loppujen lopuksi kustannukset ovat kuitenkin tärkein elementti,” sanoo Wohlers.
90 prosenttia käyttäjälleen räätälöidyistä kuulolaitteista tehdään nykyään 3D-tulostamalla. 3D-tulostusta käytetään myös esimerkiksi lonkan tekonivelten kuppiosien tuotannossa. Käyttäjälle räätälöidyt silmälasit, mittatilaustyönä tehnyt kengät tai kengät erityspohjallisilla ovat muita arkisia esimerkkejä 3D-tulostetuista tuotteista.
Käyttäjälleen räätälöityjen tuotteiden lisäksi on olemassa myös esineitä, joiden muoto on mahdollinen saavuttaa ainoastaan 3D-tulostamalla.
”Ihmiset rakastavat yksilöllisiä tuotteita, jotka vain he omistavat, kuten esimerkiksi tämä 3D-tulostettu titaanikynä, jollainen on vain minulla,” sanoo Wohlers vetäen povitaskustaan melko erityisen kynän!
Monet tuotteet on suunniteltava uudestaan alusta lähtien, ennen kuin niiden tuottaminen 3D-tulostamalla on kannattavaa. Miksi tulostaa ruuveja ja muttereita, kun 3D-tulostettu tuote ei niitä tarvitse?
”Jotta 3D-tulostuksesta saataisiin kaikki irti, on tuote suunniteltava kokonaan uusista lähtökohdista. Tällaista ajattelutapaa on vielä vaikea löytää! 3D-tulostamista käytettäessä voidaan laskea missä kohtaa rakennetta materiaalia todella tarvitaan vahvojen, mutta kestävien rakenteiden luomiseksi. Materiaalin määrässä voidaan säästä jopa 75 prosenttia ja tuotteen painossa 25 prosenttia. Monet eivät ole tietoisia tästä mahdollisuudesta,” Wohlers sanoo.
Alan haasteet eivät myöskään ole yhtä hyvin tiedossa kuin sen mahdollisuudet. ”Oikeat ihmiset oikeilla aloilla voivat kyllä nähdä 3D-tulostuksen mahdollisuudet, mutta he eivät välttämättä ajattele sen haasteita. Kuinka prosessi automatisoidaan? Voidaanko se ylipäänsä automatisoida?” Wohlers toteaa.
Biopohjaisten 3D-materiaalien menestyksen ehto on suorituskyky
Wohlers näkee markkinamahdollisuuksia biopohjaisissa 3D-tulostusmateriaaleissa, mutta vain jos ne vastaavat suorituskyvyltään perinteisiä PLA- ja ABS -muoveja. ” Markkinoilta löytyy vahva kysyntä biopohjaisille 3D-materiaaleille, mutta ainoastaan jos sekä käyttöominaisuudet että hintataso ovat vastaavat kuin perinteisillä materiaaleilla,” Wohlers sanoo.
Kunkin 3D-materiaalin tulisi siis löytää oma markkinarakonsa ja käyttökohteensa, jossa sen ominaisuudet ovat ainutlaatuiset, ja kasvaa sitä kautta muille aloille.
”Esimerkiksi biolääketieteessä 3D-materiaalien pitää tulla toimeen ihmiskehon kanssa. Kuulolaitteet pitää valmistaa materiaaleista, jotka eivät ärsytä korvaa,” Wohlers sanoo.
UPM Formi 3D:n ominaisuudet tarjoavat kehitysmahdollisuuksia monilla eri aloilla.”Tällä hetkellä kehitämme UPM Formi 3D:n tulostusominaisuuksia suurissa tulostustöissä filamenttisäikeillä ja rakeilla. Suuren mittakaavan tulostustyöt ovat kasvava trendi 3D-tulostuksessa ja erinomainen lähtökohta viedä tuotekehitystä eteenpäin,” sanoo Eve Saarikoski.
Saara Töyssy
Lue lisää:
Projekti-Katajassa rakennetaan Lehti-silta 3D-tulostamalla
