Investoinnit & raaka-aineet
Teollisuuden internet
Työkalut ja tarvikkeet
Lisää syvyyttä tuotantoon 3D-metallitulostuksella
VTT:n tiimipäällikkö Pasi Puukko toteaa, että Suomessa metallien 3D-tulostus on toistaiseksi ollut enemmän metallialan isojen yritysten temmellyskenttää
Valmistustekniikan uusi digivallankumous on materiaalia lisäävä valmistus (Additive Manufacturing) eli kappaleiden 3D-tulostus digitaalisten mallien pohjalta. Konepajoille tämä mahdollistaa osien räätälöinnin sekä nopean ja tarpeen mukaisen valmistuksen.
3D-tulostamalla tehdyt metallikomponentit eivät ole enää pelkästään prototyyppejä. Esimerkiksi Keski-Euroopassa ja Yhdysvalloissa 3D-tulostettuja metalliosia käytetään mm. lento-, lääke- ja autoteollisuudessa, jotka ovat tunnettuja tiukoista säännöksistä ja turvallisuusvaatimuksista.
3D-metallimarkkinoilla on nyt paisumassa kakku, joka - eri arvioiden mukaan - voisi olla 10-12 miljardin dollarin arvoinen vuoteen 2030 mennessä. Ja: konsulttifirma McKinseyn mukaan metallin kasvuvauhti syrjäytti 3D-printtereissä toistaiseksi tutumman muovin jo 2012.
Metallissa on tulevaisuus, koska se kestää. Siinä missä muovipohjaisten materiaalien 3D-tulostuksen hyödyntäminen on joissakin yrityksissä jo rutiininomaista, metallien 3D-tulostus mahdollistaa valmistustavan hyödyntämisen myös suurempaa kestävyyttä vaativien osien valmistuksessa.
Isot edellä, pienet perässä?
VTT:n tiimipäällikkö Pasi Puukko toteaa, että Suomessa metallien 3D-tulostus on toistaiseksi ollut enemmän metallialan isojen yritysten temmellyskenttää, mutta ajan myötä myös pienemmät konepajat tarttunevat uuteen teknologiaan. Etenkin silloin, kun kyseessä on erityisen kompleksinen komponentti, voi olla kaikkein kustannustehokkainta syöttää koneelle speksit ja antaa printterin laulaa:
”Monimutkaiset metalliosat, joita on vaikea valmistaa perinteisesti, ovat jo nyt varsin kilpailukykyisiä hinnaltaan”, Puukko tietää. Hän katsoo, että metallipuolella 3D-tulostus on vasta taipaleensa alkumetreillä, mutta potentiaali on raju:
"Itse uskon kyllä 3D-metallitulostamisen kasvuun ja niihin mahdollisuuksiin, joita se tarjoaa."
Uusia tulokkaita
Miten 3D-teknologia sitten tulee mullistamaan metallialaa, noin käytännön tasolla? - Puukko uskoo, että alalle tulee uusia toimijoita, jotka panostavat 3D-kalustoon ja ryhtyvät tekemään alihankintana komponentteja ”greenfield”-tilanteesta. Sitten on vanhoja metallialan konkareita, jotka eivät varmasti hylkää perinteistä valmistustapaa, mutta ottavat sen rinnalle 3D-myllyn.
”Suomessa on nähty esimerkkejä molemmista, mutta enemmän on tällä hetkellä ns. greenfield-tulokkaita”, hän arvioi. Vakiintuneita konepajoja voi pidätellä epätietoisuus siitä, löytyykö uusille, printatuille osille maksukykyisiä asiakkaita.
”3D-metallitulostin maksaa suunnilleen saman verran kuin kokonainen koneistuskeskus, joten kyllä yrityksissä täytyy pähkäillä, miten inventointi saadaan kuitattua.”
Puukko myöntää metallialan maineen olevan sangen konservatiivinen, mutta ei silti epäile, etteikö edelläkävijöitä löytyisi.
”Vanhojen pajojen siirtymistä 3D-metallitulostukseen voi edesauttaa se, että jälkikäsittely on yleensä hyvin tärkeässä roolissa 3D-komponenteilla - esimerkiksi koneistuksessa - ja sitä osaamista konepajoilla on. Näin jo olemassa oleva liiketoiminta voi tukea uutta.”
Kirurginveitsi, ei pajavasara
Joka komponenttia ei kannata tulostaa, ei nyt eikä tulevaisuudessa. ”Metallitulostaminen on hintavaa ja yhden komponentin valmistamiseen menee aikaa”, huomauttaa Puukko.
Samalla laadunvarmistaminen hakee edelleen uomaansa ja materiaalien kanssa tehdään erilaisia kokeiluja. ”VTT on käyttänyt viime aikoina paljon erikoisjauheita ja magneettisia materiaaleja eri projekteissa”, kertoo Puukko.
VTT:n ”3D-iskuryhmä” käsittää noin 15 henkeä. Puukon johdolla tiimi venyi varsinaiseen läpimurtoon keväällä, kun se onnistui 3D-tulostamaan älykkään akselin.
Mistä sitten on kysymys? Puukon mukaan projektissa uutta oli erityisesti koko prosessin hallintaketju: 3D-tulostus, sensoriteknologia, langaton datansiirto ja kunnonvalvonta yhdistettiin samaksi kokonaisuudeksi. Uusien valmistusmenetelmien uskotaan mahdollistavan yrityksille uudet liiketoimintamallit ja kilpailuedun kohti tekoälyä.
Fiksumpaa metallia, kiitos!
VTT:n mukaan Additive Manufacturing on nyt tilanteessa, jossa alan teknologiakehityksen kovinta kilpajuoksua käydään älykkäistä ratkaisuista. Tutkimukseen ja kehitykseen panostetaan laajasti, mutta harva on onnistunut kehittämään toimivan kokonaisuuden, jossa anturit ovat toiminnallisena osana 3D-tulostettua metallirakennetta. Tällä kohtaa Puukon tiimi löi todellisen kunnarin: proof of concept -demo osoitti, että 3D-tulostettuihin metalliosiin voidaan jo valmistusvaiheessa lisätä erilaisia älykkäitä tunnisteita tai antureita, joiden avulla seurataan koneiden tai laitteiden toimintaa ja kuntoa tai todennetaan osien aitous.
”Teimme onnistuneen älykkään komponentin demon, jossa selvitimme potentiaalisia teknologioita”, kuvailee Puukko.
”Upotimme valmistusvaiheessa kiihtyvyysanturin ja tarvittavat johdotukset vierintälaakerin 3D-tulostetulle metalliakselille. Lisäksi laakeriin asennettiin langattoman tiedonsiirron mahdollistava elektroniikka. Pystyimme osoittamaan akselin, mittausteknologian ja datansiirron luotettavuuden laakeritestipenkissä”, hän summaa.
Seuraava taso: tekoäly
Puukon mukaan erityisesti tarkan datan nopea kerääminen ja käyttömahdollisuudet lisääntyvät nyt merkittävästi, kun tieto siirtyy komponentista suoraan pilveen langattomasti. ”Tämä mahdollistaa seuraavan, ison kehitysaskeleen tekoälyn suuntaan”, hän uskoo.
Menetelmä antaa perinteisiin valmistusmenetelmiin verrattuna suunnittelijalle huomattavasti vapaammat kädet. Laitteesta, johon on asennettu esimerkiksi kulumista mittaava anturi, saadaan ajantasaista tietoa, jonka perustella tarvittava huolto voi käynnistyä automaattisesti ilman tuotantokatkoksia.
VTT:n mukaan kehitetyn menetelmän sovellusmahdollisuudet ovat sangen laajat, teollisuuden koneiden valmistuksesta energia-, kaivos- ja kuljetusteollisuuteen.
”Upotettu anturointi soveltuu erityisesti vaativiin käyttöolosuhteisiin, koska anturit ja johdotukset ovat suojassa komponentin sisällä ja ylimääräiset johdotukset rakenteiden pinnalla eivät häiritse normaalia toimintaa”, toteaa Puukko.
3D-savotta jatkuu
”Vaikka kyseinen Smart Component -projekti on jo saatu maaliin”, Puukko lupaa, että perästä kuuluu.
”Saman aihepiirin parissa jatketaan” toteaa Puukko, joka on ollut 3D-printtimaailmassa vahvasti kiinni vuodesta 2010. Hänellä on näkemys myös siihen, missä päin maailmaa 3D-metallitulostus on kovimmassa kehitysvauhdissa.
”Euroopassa Saksa on aina iso tekijä silloin, kun puhutaan teollisesta valmistuksesta - ja niinhän se on tässäkin. 3D-metallitulostimia menee paljon myös Italiaan ja Ison-Britanniaan”, hän tietää.
Euroopan ulkopuolella vahvimmilla on USA, jolla on enemmän laiteasennuksia kuin millään muulla maalla. ”Myös Aasian maat - Kiina etunenässä - ovat valppaasti 3D-apajilla”, uskoo Puukko.
”Se on selvää, että kiinnostusta ja osaamista on nyt hyvin laajasti eri puolilla.”
Teksti: Sami J. Anteroinen
Kuvat: VTT
