Lisäävä valmistus (Additive Manufacturing, 3D printing) on valmistusmenetelmä, jonka kehitystä on ajanut eteenpäin pääosin teollisuuden ja lääketieteen tarpeet. Valmistusmenetelmän käyttö on teknisistä rajoitteista johtuen painottunut prototyyppeihin ja piensarjatuotantoon, mutta jatkuvasti kiihtyvä kehitysvauhti on muuttamassa tilannetta. On yhä yleisempää että yrityksiä eri teollisuudenaloilla käyttää valmistusmenetelmää suoraan lopputuotteiden valmistuksessa.

Tähän osioon tietopankkia on kerätty esimerkkejä ja lyhyitä tiivistelmiä siitä, miten lisäävää valmistusta käytetään eri teollisuudenaloilla.

Eniten julkisuudessa esiintyviä esimerkkejä on yleensä sovellukset ilmailuteollisuudesta, sillä valmistusmenetelmällä saatavat hyödyt niissä ovat usein erittäin merkittäviä ja lisäävän valmistuksen käyttö kiistattomasti hyödyllistä.

Gartner julkaisee teknologioiden kehitys- ja käyttöönottokuvaajaa, ”hypekäyrää”, jolla osoitetaan uusien teknologioiden tilannetta innovaatioasteesta ”hypetysvaiheen” kautta arkipäiväiseen käyttöön saakka. Lisäävä valmistus on ollut viime vuodet kuluttajapuolen laitteistossa selvästi hypekäyrän päällä johtuen siitä että on löytynyt runsaasti uusia kuluttajapuolen sovelluksia jotka voivat vaikuttaa paljonkin ihmisten elämään ja valtioiden lainsäädäntöön. Teollisuuden puolella lisäävä valmistus on ollut pitkään jo valistuneiden yritysten käytössä vaikkakin se on näkynyt uutisoinnissa huomattavasti vähemmän. Se on siis jo ohittanut vuosia sitten ”hypevaiheen”, ja sen siirtyminen kohti arkipäiväistä tuotantoympäristöä on huomattavasti lähempänä kuin kuluttajapuolen laitteistoilla.

 2015 gartner hypeloop link

Kuva 1. Gartnerin hypekäyrä 2015, Lähde: Gartner, 2015: http://www.gartner.com/newsroom/id/3114217

Teollisuuden eri alojen välillä lisäävän valmistuksen käytössä on suuriakin eroja. Useat alat osaavat jo hyödyntää menetelmän etuja prototyyppien ja työkalujen (mm. muotit) valmistuksessa, mutta yritykset jotka ovat tehneet kokonaisvaltaisen strategian valmistusmenetelmän käytöstä niin tuotannon kuin liiketoiminnan kannalta, ovat vielä harvassa. Lisäävän valmistuksen käytön hyötyjä tulisi mitata paitsi valmistuskustannusten osalta, myös lopputuotteen ominaisuuksien ja toimitusketjun sekä asiakkaan saaman lisäarvon osalta.

Ilmailu- ja avaruusteollisuus ovat olleet vahvasti alan eturintamassa menetelmän kehittämisestä lähtien johtuen käyttömateriaalien korkeasta hinnasta (esim. titaani) ja selvistä käyttötarpeista (esim. painon vähentäminen). Viimeisen vuosikymmenen aikana muut teollisuudenalat ovat kasvattaneet käyttöosuuttaan siten, että tällä hetkellä auto- ja ajoneuvoteollisuus on yksi suurimmista lisäävän valmistuksen hyödyntäjistä.

Seuraavassa kuvaajassa näkyy Wohler’s Report 2015 –raportissa julkaistu kartoitus vuodelta 2014, joka kattoi 40 suurinta laitevalmistajaa ja 87 palveluntarjoajaa maailmassa. Kolme suurinta käyttäjäkuntaa ovat Teollisuus, Kuluttajatuotteet ja elektroniikka sekä Auto- ja ajoneuvoteollisuus. Muita suuria käyttäjiä ovat ilmailuteollisuus sekä terveydenhuolto.

2016 wr am kayttoalat

Kuva 2. Lisäävän valmistuksen käyttö eri aloilla 2016, Lähde: Wohler’s Report 2016

Valmistusmenetelmän käyttöä teollisuudessa tarkastellessa tulee kiinnittää huomiota erovaisuuksiin kuluttajatason ja teollisuustason AM-laitteiden välillä. Suurimpina eroina kuluttajatason laitteistoon verrattuna ovat (hinnan lisäksi) valmistetun kappaleen laatu, tuotantovarmuus ja nopeus. Teollisen mittakaavan laitteilla voidaan valmistaa prototyyppejä, valmistuksen työkaluja ja apuvälineitä tai suoraan korkealaatuisia lopputuotteita piensarjoina.

Aktiivisinta lisäävän valmistuksen käyttäjäkuntaa teollisuudessa ovat perinteisesti olleet suuryritykset suurista investointikustannuksista johtuen. Nykyisin lisäävä valmistus ei kuitenkaan ole ainoastaan suuryritysten valmistusmenetelmä, päinvastoin: se vähentää suuryritysten koostaan saamaa hyötyä. Hyödyntämällä lisäävää valmistusta, pieni start-up yritys voi saada tuotteensa yhtä nopeasti markkinoille kuin suuryrityskin. Alihankkijat ympäri maailmaa tarjoavat lisäävää valmistusta osana palvelutarjontaansa mahdollistaen sen, että kalliitta laitteita ja osaamista ei välttämättä tarvitse hankkia enää itse.

Lisäävässä valmistuksessa voidaan käyttää lukuisia materiaaleja niin muovien, metallien, kuin muiden materiaalien (esim. lasi, keraami). Menetelmässä käytetyt materiaalit ja niiden materiaaliominaisuudet eivät kuitenkaan ole identtisiä perinteisiin valmistusmenetelmiin verrattuna, vaan lopputuotteen materiaaliominaisuuksiin vaikuttaa merkittävästi käytetyn materiaalin lisäksi käytössä oleva AM-menetelmä. Tämä on ollut yksi hidastava tekijä valmistusmenetelmän käyttöönotossa, sillä ennen lopputuotteen valmistusta täytyy varmistua siitä, että käytetty materiaali ja valmistusmenetelmä tuottaa lopputuotteelle halutut ominaisuudet.

Mikäli sopivaa materiaalia ei suoraan löydy, useat palveluntarjoajat tarjoavat mahdollisuutta kehittää/räätälöidä juuri käyttökohteeseen tarvittava materiaali. Yleisimpiä lisäävän valmistuksen materiaaleja ja niiden ominaisuuksia on listattu tietopankin Materiaalit –osiossa.

Suomessa VTT on tehnyt lisäävän valmistuksen osalta tutkimusta useiden vuosien ajan yritysten kanssa lukuisissa tutkimushankkeissa. VTT:llä on käytössään moderni SLM 280HL -laitteisto joka soveltuu erilaisten testikappaleiden valmistamiseen. VTT on julkaissut mielenkiintoisen case-esimerkin hydrauliikkalohkon valmistamisesta AM:n avulla - luonnollisesti sisältäen kappaleen uudelleen suunnittelun ja topologian optimoinnin. Case-tutkimus löytyy osoitteesta: http://www.vtt.fi/files/services/mav/ValveBlock_VTTInternetVersion.pdf

2015 am teollisuus vtt topovalve 3

Kuva 3. VTT:n uudelleen suunnittelema ja valmistama case-tutkimuskappale hydrauliikkalohko (Lähde: VTT)

2015 am teollisuus vtt alumiini

Kuva 4. VTT:n esimerkkejä alumiinista valmistetuista AM-kappaleista (Lähde: VTT)

 

2016 am teollisuus schunk eGRIP tarttujat

Kuva 5. Esimerkkejä Schunk eGRIP tarttujista, joissa on käytetty PA-12 muovista AM:llä valmistettuja osia. Schunkin tarttujista mm. eGRIP sarjan pneumaattisissa MPG-plus ja PNG-plus, sekä sähköisesti ohjattavissa EGP tarttujissa hyödynnetään AM:llä valmistettavia osia. (Lähde: Schunk Roadshow 2016, Schunk kotisivu)

 

Lähteitä ja lisätietoa

- http://www.vtt.fi/palvelut/älykäs-teollisuus/tulevaisuuden-tehdas/valmistusmenetelmät/3d-tulostus

- Gartnerin hypekäyrä 2015: http://www.gartner.com/newsroom/id/3114217

- Wohler’s Report 2015

- Wohler's Report 2016

 

 

savonialogo
vipuvoimaa
kuopio logo
psliitto
eu