22.09.2024

Materiaalia lisäävä valmistus mullistaa valmistustekniikan, vaikka vielä muodostaakin vain hyvin pienen osan valmistavan teollisuuden markkinasta. Turkuun perustettu lisäävän valmistuksen innovaatiokeskittymä TICAM tarjoaa yrityksille tukea tuotekehityksessä ja lisäävän valmistuksen osaamisessa.

–Turku edustaa lisäävän valmistuksen kansallista huippua. Täällä on paljon alan asiantuntijoita, tutkimusta ja hyvä laitekanta, väittää erityisasiantuntija Jussi Karlsson.

Karlsson vetää Kestävästi lisäävää! – Turun lisäävän valmistuksen osaamisen innovaatiokeskittymä -hanketta, jossa kehitetään Turun seudun korkeakoulujen ja yritysten osaamista lisäävässä valmistuksessa eli teollisessa 3D-tulostusteknologiassa. Hankkeen tavoitteena on luoda Turun lisäävän valmistuksen osaamisen innovaatiokeskittymä – Turku Innovation Centre of Additive Manufacturing (TICAM).

–Lisäävä valmistus ei ole vielä vakiintunut pk-yrityksissä. TICAM-hankkeessa onkin tarkoitus tuoda tietoa ja osaamista alueen yrityksille, toteaa Jussi Karlsson.

Turku edustaa lisäävän valmistuksen kansallista huippua. Täällä on paljon alan asiantuntijoita, tutkimusta ja hyvä laitekanta

Lisäävä valmistus (3D-tulostus) on teollisuuden sovelluskohteissa paljon muuta kuin harrastekäytön pienikokoisia muovifilamenttitulostimia, joita saa jo alle tuhannella eurolla. Se on koko tuotantoketju suunnittelusta jälkikäsittelyyn. Tulostusmateriaalivalikoimakin on laaja käsittäen muovien lisäksi keraamiset materiaalit ja metallit. Erityinen ylpeydenaihe Turun korkeakouluissa on metallitulostukseen liittyvä osaaminen.

-Metalli 3D-tulosteiden käyttö teollisuudessa on toistaiseksi mielletty turhaan vain erikoisten komponenttien ja prototyyppien valmistusmenetelmäksi. Nopeasti kehittyvät metallijauhepetitulostimet mahdollistavat myös sarjatuotantokomponenttien kantavan valmistuksen, toteaa lehtori ja Valmistustekniikan tutkimusryhmän vetäjä Heikki Saariluoma Turun AMK:sta. Hän tutki asiaa väitöskirjassaan, jossa case-esimerkkinä satojen tuhansien vuosivolyymin omaavan Li-ion akkujen lämmönhallintakomponenttien tulostaminen alumiinista havaittiin kannattavaksi.

Hammasproteeseista yksilöllisiin lääkkeisiin

Lisäävän valmistuksen käyttökohteet ovat moninaiset eikä kaikkia ole vielä löydettykään. Nykyisellään sitä käytetään muun muassa autoteollisuudessa sekä lääke- ja hammaslääketeollisuudessa, joilla on vankka jalansija Turun seudulla.

Hammasproteesien valmistaminen 3D tulostamalla on yleistynyt viime vuosina. Proteesi valmistetaan digitaalisen mallin pohjalta. Mallista valmistetaan proteesi valokovettamalla nestemäistä muovia kerroksittain.

–3D-tulostus on ainoa tekniikka, jolla valmistettavaan kappaleeseen saadaan määrättyjä muotoja, kuten vaikka huokoisia rakenteita, joita löytyy esimerkiksi luustosta. Tätä voidaan hyödyntää erityisesti lääke- ja hammaslääketieteen alalla. Monimateriaalitulostus on tulevaisuuden kehittämiskohde hammasproteesien valmistuksessa. Tulostettavaan kappaleeseen saadaan useiden materiaalin ominaisuuksia tai värejä kuten vaikka hammasproteesiin pinkki pohjalevy ja hampaanväriset proteesihampaat, kuvailee lehtori ja tutkimusryhmän vetäjä Pasi Alander Turun AMK:n Suun terveyden tutkimusryhmästä.

3D-tulostus avaa mahdollisuuksia myös yksilöllisesti suunniteltujen lääkkeiden valmistukseen. Useiden lääkeaineiden yhdistäminen yksilöllisesti valmistettavaan lääkkeeseen tarjoaa uusia mahdollisuuksia myös lääketurvallisuuden parantamiseksi.

Åbo Akademin lisäävän valmistuksen tutkimuskohteena ovat erityisesti biokomponentit, kuten ligniini ja nanoselluloosat.

–Puukomponenteista voidaan valmistaa tulostusmateriaaleja, joiden jalostusarvo on huomattavasti korkeampi kuin nykyisten sellutuotteiden, sanovat Åbo Akademin Jan Gustafsson ja Valter Georgs.

Tulostus vain yksi vaihe tuotantoprosessissa

–Ennen varsinaista tulostusta tehdään itse asiassa pääosa työstä. 3D-suunnittelussa, pitäen sisällään myös digitaaliset kaksoset ja matemaattisen mallinnuksen, haetaan optimiratkaisuja muun muassa kestävyyden ja käytettävyyden suhteen, toteaa Jussi Karlsson.

Tulostuksen jälkeen seuraa jälkikäsittely, kuten hionta ja kiillotus. Laatutarkistukseenkin löytyy apuja: koneteknologiakeskuksen tiloissa on käytössä huippuluokan optinen topologiamittalaite, jolla pinnan karheuksia ja muotoja voidaan tutkia hyvin korkealla resoluutiolla ja etsiä mahdollisia laatupoikkeamia.

Lisäävä valmistus mullistaa valmistavan teollisuuden, tai on jo osin tehnyt sen. Puhutaan jopa 4:nnestä teollisesta vallankumouksesta. Turun TICAM-innovaatiokeskittymän on tarkoitus olla tämän kehityksen kärjessä. Alan kehityskohteina ovat muun muassa useiden materiaalien tulostus, hyvin pienten kappaleiden mikrotulostus sekä resurssitehokkuuden näkökulmasta lisäävän valmistuksen hyödyntäminen tuotteiden korjaamisessa ja elinkaaren pidentämisessä.