7 kysymystä 3D-TULOSTUS AVAA TIENINNOVAATIOILLE

Lars Pejryd on professori ruotsalaisessa Örebron yliopistossa. Hänellä on laaja asiantuntemus metallituotteiden 3D-tulostuksesta, joka tunnetaan myös nimellä materiaalia lisäävä valmistus. Hänen mukaansa tämä tekniikka tuottaa innovatiivisia, personoituja tuoteratkaisuja.

1. Miten metalliosien 3D-tulostus toimii?

”3D-tulostuksessa osat kootaan kerroksittain digitaalisen mallin perusteella. Tarkkaan sanoen siinä levitetään ohuita kerroksia metallijauhetta, jotka sulatetaan yhteen laser- tai elektronisäteellä.”

2. Millä aloilla tekniikkaa tällä hetkellä käytetään?

Pääasiassa aloilla, joilla painon säästäminen on tärkeää, esimerkiksi ilmailualalla ja moottoriurheilussa, mutta myös hyvinvointitekniikan alalla. Esimerkiksi satelliittien suunnittelussa jokainen säästetty gramma on todella arvokas, ja sama pätee Formula 1 -autoihin. Hyvinvointitekniikan alalla materiaalia lisäävää valmistusta käytetään yleisesti lonkkanivelimplanteissa. Niissä tärkeää on tekniikan kyky säädellä pinnan karheutta, sillä luun täytyy kasvaa kiinni implanttiin.”

3. Miksei tekniikka ole laajemmassa käytössä?

”Yksinkertaisesti siksi, että se on muita menetelmiä kalliimpi. 3D-tekniikka on ylivoimainen luotaessa muotoja, joiden luominen muilla menetelmillä on vaikeaa tai mahdotonta. Mekaniikkasuunnittelija voi hyödyntää prosessin ainutlaatuisia ominaisuuksia tuottamaan lisäarvoa lopputuotteelle. Esimerkiksi tuotteen painoa ja käyttötarkoitusta voi muuttaa luomalla aukkoja ja ohuita seinämiä, joiden aikaansaaminen valumuoteilla olisi mahdotonta. Mutta jos tuotteen voi valmistaa tavanomaisilla menetelmillä, se tulee halvemmaksi. Jos 3D-tulostus ei merkittävästi muuta tuotteen käyttökelpoisuutta tai toimivuutta, se on harvoin kannattavaa.”

4. Miten tuotantoa voidaan kehittää teknisesti ja laadullisesti?

”Tehokkuutta pitäisi pystyä parantamaan muovaamalla kappaleita samanaikaisesti useassa paikassa samassa kammiossa. Myös prosessin laatua on kehitettävä. Sen pitäisi tehdä tuotteista turvallisempia. Kuhunkin materiaalikerrokseen liittyy riski, ja siksi valmistusprosessin aikana tarvitaan enemmän mittauksia. Lisäksi tuotannon jälkitarkastusmenetelmiä on kehitettävä edelleen.”

5. Mikä on Ruotsin asema 3D-tulostuksen suhteen?

”Ruotsissa on paljon metallijauheita koskevaa osaamista, erityisesti Sandvikin Höganäsin kaltaisissa yrityksissä. Höganäs on maailman suurin jauheen toimittaja. Lisäksi ruotsalainen Arcam-yhtiö on maailman ainoa elektronisädetekniikkaan perustuvaan materiaalia lisäävään valmistukseen sopivien laitteistojen valmistaja. Yleistä asiantuntemusta on siis riittävästi, mutta tähän mennessä tekniikkaan ei ole tehty suuria investointeja. Kehitys on ollut nopeampaa Saksan ja Yhdysvaltojen kaltaisissa maissa. Mutta nyt on meneillään useita tutkimushankkeita.”

6. Mitä hyötyä Ruotsin teollisuudelle voi olla 3D-tulostuksesta?

”Edut näkyvät lähinnä innovatiivisten tuoteratkaisujen muodossa. Tämä tekniikka avaa esimerkiksi mahdollisuuksia tärkeiden komponenttien tuotantoon tavalla, joka mahdollistaa personoitujen ominaisuuksien antamisen massatuotetuille osille [esimerkkinä tästä suvulla 25 mainittu Saabin jäähdytyslevy tutkajärjestelmiin]. Tällä hetkellä rajoittava tekijä on prosessikammion koko. Toistaiseksi siinä voi valmistaa vain tilavuudeltaan pieniä tuotteita, joilla suurempaan järjestelmään asennettuina on tärkeä merkitys tuotteen toimintaan.”

7. Miltä tuleva kehitys mielestäsi vaikuttaa?

”Uskon, että nykyään pääasiallisesti käytettävää prosessia, jossa jauhe on paikallaan kammiossa, voidaan täydentää tekniikalla, jossa jauhe puhalletaan kammioon. Sen avulla voisi olla mahdollista esimerkiksi muuttaa tuotteen materiaalikokoonpanoa prosessin aikana. Jos siirrytään metallin työstön ulkopuolelle ja katsotaan 3D-tulostusta yleisemmin, alalla on parhaillaan monenlaista kehitystä erityisesti lääketieteen alalla, jossa personointi on tärkeä seikka. Parhaillaan alalla investoidaan 3D-tekniikalla valmistettaviin kuulolaitteisiin ja hammasimplantteihin. Laajemmassa mittakaavassa NASA on aikeissa hyödyntää 3D-tulostusta kuuaseman rakentamisessa. Ajatuksena on kuljettaa avaruuteen robotti ja sideaineet ja käyttää rakennusaineena kuun hiekkaa.”

FAKTAT

Nimi: Lars Pejryd

Ikä: 60 vuotta

Perhe: Vaimo, kolme poikaa, yksi lapsenlapsi

Koulutus: Matematiikan, fysiikan, kemian ja geotieteiden opintoja Uumajan yliopistossa, väitteli tohtoriksi vuonna 1985 prosessimetallurgiasta.

Ura: Seco Tools, Volvo Aero, osa-aikaisia professuureja Lundin

yliopiston ja Högskolan Västin teknisessä tiedekunnassa, nykyään professori Örebron yliopiston konetekniikan laitoksella.

TEKSTI KARIN STRAND, VALOKUVAT MIKAEL ULLÉN