Kuinka selättää 3D-tulostamisen materiaalihaasteet?

Edellisessä blogikirjoituksessani kerroin muutamista materiaalihaasteista, joita oli tullut vastaan. Kun tähän teemaan pääsin, niin näyttää, että sen kenttä on paljon laajempi kuin osasin aavistaa. Hyvin kouriintuntuva todiste tästä oli eräs tulostuscase, jossa jouduimme käyttämään omia tulostusparametrejämme vieraassa tulostimessa. Lopputuloksen huokoisuus oli kymmenkertainen verrattuna omalla laitteella valmistettuihin verrattuna!

Tämä esimerkki kertoo jotain metallien tulostuksen haasteista. Metallien tulostaminen soveltuu jo hyvin yksittäiskappaleiden valmistukseen, kun tunnetaan oma kone ja sen käyttäytyminen. Asia muuttuu kuitenkin hankalasti ennustettavaksi, kun konetta vaihdetaan. Tällöin lopputulos saattaa olla yhtä hyvin onnistunut kuin käyttökelvoton.

Mitä tämä tarkoittaa käytännössä? Kun pysytään oman koneen tai tuttujen koneiden piirissä, voidaan jollain aikavälillä luoda hyvä ennustettavuus lopputuloksille esimerkiksi materiaalimallinnuksen ja simuloinnin avulla. Suomen tapauksessa tämä kannustaa luomaan verkostoja metallitulostimia hankkineiden tahojen kanssa ja selvittämään, miten yhdessä koneessa onnistunut tulostus voidaan tehdä myös toisessa. Tämä kasvattaa verkoston kapasiteettia huomattavasti esim. isoa tilausta ja nopeaa toimitusta silmällä pitäen. Vastaavia toimintamalleja on perinteisissäkin metallipajojen alihankintaverkoissa.

Toinen näkökulma nostaa esille riskejä varaosien tulostamisessa. Haasteellista saattaa olla lähettää Suomessa onnistuneesti tulostettujen kappaleiden tiedostoja Etelä-Amerikkaan paikalliselle tulostajalle ja luottaa siihen, että kiireinen varaosa on juuri se mitä haluttiin. Tällä hetkellä tarvittaisiin jonkinlainen testausjärjestely, jolla voitaisiin varmistaa kappaleen suorituskyky.

Edellisen varaosapuolen riskin kääntöpuolena on kuitenkin mahdollisuus. Materiaalin käyttäytymisen ennustamisesta saattaakin tulla liiketoiminnan avaintekijä. Nykyisin suunnittelutiedon suojaamiseen käytetään paljon ICT ratkaisuja. Suunnittelun geometriatiedon vapaampi jakaminen voisi kuitenkin mahdollistua siten, että materiaaliominaisuudet ovat ne jotka suojataan ja jotka toimitetaan suunnittelijan ja valmistajan välillä erikseen. Perinteisillä menetelmillä (hitsaus, valaminen) tämä ei toimi, mutta metallien tulostamisessa valmistusparametrien vaikutuksen tietämällä tämä tieto voidaan toimittaa erikseen ja samalla suojata oma osaaminen ja tuote erittäin tehokkaasti. Tällöin kopioimista harrastava osapuoli ei voisi enää mitata kappaleita ja käyttää taulukkomateriaaleja kilpailevan tuotteen valmistamiseen. Koko valmistusketju pitäisi hallita täydellisesti, jotta samat tuoteominaisuudet olisivat saavutettavissa. Tämä olisi todella tehokas keino karsia mm. no-name valmistajien aiheuttamaa varaosaliiketoiminnan hiipumista.

Materiaalihaasteet on tunnistettu myös Välkyn ohjausryhmässä. Yritysedustajat kannattivat lämpimästi ideaa, että yksi Välkky projektin työpajoista omistettaisiinkin tulostuksen materiaaleille. Tämä aikataulu on alustavasti ensi syksynä.

Kirjoittaja

Mika Haapalainen, M.Sc. Materials Engineering, aloitti uransa teollisuudessa 1998. Mika siirtyi VTT:lle syyskuussa 2016. Teollisuudessa Mikan tehtävät ovat olleet pitkälti tuotekehitys- ja suunnittelupainotteisia, skaalan ulottuessa uusien tuotteiden asiakastarpeiden määrittämisestä asiakastoimituksiin asti. Roolit ovat vaihdelleet suunnittelijasta tuotekehitysosaston vetämiseen. Mikaa kiinnostaa 3D tulostamisen ja tuotekehityksen digitalisoinnin lisäksi organisaatioiden välisen kommunikaation parantaminen, erityisesti teollisuuden ja tutkimuksen välillä.