Lisäävä valmistus eli 3D-tulostus on vakiinnuttanut asemansa monilla teollisuuden aloilla, mutta suurikokoisten kappaleiden tulostus on vasta nousemassa merkittäväksi vaihtoehdoksi. Oulun yliopiston Tulevaisuuden tuotantoteknologiat -ryhmän Kari Mäntyjärvi on ollut kehityksen eturintamassa ja näkee menetelmässä huomattavaa potentiaalia erityisesti suomalaisessa teollisuudessa.

– Suomalainen teollisuus valmistaa investointituotteita, joiden kokoluokka on hevosen kokoluokkaa tai suurempaa, Mäntyjärvi toteaa.

Perinteiset jauhepetimenetelmät soveltuvat pienempiin osiin, mutta suurille rakenteille tarvitaan toisenlaisia ratkaisuja. Tässä kohtaa astuu kuvaan WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), joka perustuu hitsauslaitteistoon ja robottiohjaukseen.

– Meillä on Suomessa paljon robottihitsauskapasiteettia, jota voidaan hyödyntää tähän, hän lisää.

Robottihitsauslaitteistot 3D-tulostuskäyttöön

WAAMin etu on, että se ei vaadi täysin uusia investointeja.

– Perus MIG/MAG-hitsausrobottisolu on jo pitkälti käyttökelpoinen suurikokoisten metallikappaleiden tulostukseen, Mäntyjärvi kertoo.

Käytännössä tarvitaan 3D-tulostusta tukeva etäohjelmointiohjelmisto ja antureita mahdollisesti tulostusprosessin seurantaan ja hallintaan.

– Jos yrityksellä on robottihitsauskapasiteettia, se voi suhteellisen pienellä panostuksella ottaa ensimmäiset askeleet 3D-tulostuksessa, hän painottaa.

Tämä tekee menetelmästä houkuttelevan erityisesti alihankintayrityksille, joilla on jo valmiiksi hitsausosaamista.

3D-tulostuksen edut ja sovelluskohteet

3D-tulostuksen suurin vahvuus on muodonvapaus.

– Monimutkaiset sisäiset muodot voidaan tehdä yhtenä kappaleena, jolloin osien määrä ja kokoonpanotyöt vähenevät, Mäntyjärvi selittää.

Lisäksi materiaalihukka pienenee merkittävästi – erityisen tärkeää, kun käytetään kalliita materiaaleja. Tulostus voi myös lyhentää toimitusaikoja, mikä on kriittistä varaosatuotannossa.

– Jos valukappaleen toimitusaika on kuukausia ja laatu epävarmaa, 3D-tulostus voi synnyttää ratkaisevan kilpailuedun, hän huomauttaa.

Käytännön esimerkkejä löytyy jo maailmalta: ilmailu- ja avaruusteollisuus hyödyntävät suurikokoisia metallirakenteita, ja autoteollisuudessa 3D-tulostus on yleistymässä erikoisosissa ja varaosissa.

Vaikka kaupallisia palveluntarjoajia on Suomessa vielä vähän, oppilaitokset ovat ottaneet merkittävän roolin teknologian kehittämisessä ja osaamisen kasvattamisessa.

– Meillä on erittäin hyvät laitteistot esimerkiksi muovien 3D-tulostukseen roboteilla, Mäntyjärvi kertoo.

Pohjoisessa REDU, Savon ja Tampereen ammattikorkeakoulut sekä Kokkolan Centria ovat investoineet robottipohjaisiin tulostusratkaisuihin. Metallipuolella Oulun yliopisto, LUT ja useat AMK:t tarjoavat yrityksille mahdollisuuden kokeilla WAAM-tekniikkaa ja valmistaa koekappaleita.

Menetelmän haasteet ja kehityssuunnat

Suurikokoisten kappaleiden tulostus ei ole ongelmatonta.

– Kun tuodaan paljon lämpöä, syntyy lämpöjännityksiä ja muodonmuutoksia, jotka pitää ottaa huomioon jo suunnittelussa, Mäntyjärvi huomauttaa.

Ohjelmointi on menetelmän toinen haaste:

– Robottien moniakselisuus tekee ohjelmoinnista monimutkaisempaa kuin perinteisessä 3D-tulostuksessa, mutta ohjelmistot kehittyvät koko ajan.

Alan standardointi etenee kuitenkin vauhdilla. Tämä luo pohjaa laadunvarmistukselle ja helpottaa kaupallista toimintaa.

– Kun puhutaan, ettei 3D-tulostukseen ole standardeja, niin kyllä niitä alkaa jo olla – esimerkiksi ASTM-standardeja on liki sata, Mäntyjärvi toteaa.

Tulevaisuuden näkymät

Mäntyjärven mukaan suurta vallankumousta ei ole luvassa, mutta lisäävä valmistus tulee vakiintumaan yhdeksi tuotantovaihtoehdoksi myös suurien kappaleiden tuotannossa, erityisesti pienissä sarjoissa ja erikoistuotteissa.

– Nyt on oikea aika tutustua mahdollisuuksiin ja miettiä, missä 3D-tulostus voisi tuoda kilpailuetua, hän kannustaa.

Mäntyjärvi näkee erityistä potentiaalia varaosatuotannossa ja suurten valukomponenttien korvaamisessa.

www.oulu.fi/fi/tutkimusryhmat/tulevaisuuden-tuotantoteknologiat-fmt

www.oulu.fi/fi/projektit/3dty-3d-tulostuksen-yhteishanke