Kolmiulotteinen tulostus

kolmiulotteisen esineen valmistaminen tulostamista muistuttavalla tekniikkalla

Kolmiulotteinen tulostus tai 3D-tulostus on esineiden valmistamista 3D-tulostimen avulla. 3D-tulostimen käyttäjä rakentaa tietokoneella esinettä kuvaavan kolmiulotteisen mallin, jonka perusteella 3D-tulostin tuottaa konkreettisen esineen.

RepRap 2 Mendel -mallinen avoimen lähdekoodin kotitulostin.
3D-tulostin

3D-tulostimen voi toteuttaa monella eri tavalla. 3D-tulostin voi käyttää tulosteensa materiaalina esimerkiksi muovia, metallia, keraamia tai lasia. Tämä tulostusmateriaali johdetaan laitteen tulostuspäähän esimerkiksi nauhan tai jauheen muodossa. Tulostuspää sulattaa tai liuottaa tulostusmateriaalin haluttuun kohtaan alustalle, johon aine kovettuu ohueksi kerrokseksi. Sen jälkeen laite tulostaa kerroksen päälle uusia kerroksia. Esine muodostuu näin useista päällekkäisistä kerroksista.

Kolmiulotteisella tulostuksella voidaan tulostaa jopa taloja. Tällöin materiaalina on betoni.[1]

Historiaa

muokkaa

Ensimmäiset kookkaat, kalliit ja tulostusmateriaaleiltaan rajoittuneet 3D-tulostimet tulivat käyttöön 1980-luvulla. 3D-tulostimien ilmaantumista edesauttoi merkittävästi Chuck Hull, joka patentoi vuonna 1987 stereolitografian.

Käyttökohteet

muokkaa
Hyperboloidin tulostus sulasta muovista. Nopeutettu video.

Tulostimien tuotekehitys on madaltanut kotikäytön ja ammattikäytön rajaa ja tulevaisuuden tulostimet saattavat olla huomattavasti edullisempia, koska avoimeen lähdekoodiin ja avoimeen suunnitteluun perustuvat yhteisöt ovat kehittäneet edullisia tulostimia kotikäyttäjille. Myös monet isot tulostinvalmistajat kehittävät edullisia malleja kotikäyttöön.

Tulostus kotioloissa tai kirjastoissa

muokkaa

Kolmiulotteisen tulostuksen kehityksen myötä tulostaminen on melko yksinkertaista kotioloissa ja teknologia on levinnyt laajalle käyttäjäjoukolle edullisten tulostimien myötä. Tulostimia on kehitetty myös avoimen lähdekoodin periaatteilla, joten yksityiskäyttöön tarkoitettuja tulostimia on mahdollista hankkia suhteellisen edullisesti verrattuna kaupallisiin tulostimiin. Kolmiulotteisia malleja voi tilata myös tulostuspalveluja tarjoavilta yrityksiltä. Suomessa on 3D-tulostimia hankittu myös kunnallisiin kirjastoihin, joissa voi omakustannushintaan tulostaa 3D-esineitä.

Ammattikäyttö

muokkaa

Kolmiulotteisia tulostimia on käytetty ammattikäytössä esimerkiksi pikamallien valmistamiseen CAD / CAM -jyrsinnän ohella esimerkiksi arkkitehtuuri-, tuotemuotoilu- ja konesuunnittelun luonnoksissa. Teknisen kehityksen myötä tulostimia on käytetty suoraan valmiiden tuotekappaleiden valmistamiseen.[2].

Valmiskappaleiden tulostusta käytetään esimerkiksi koruteollisuuden, hammastekniikan ja veistostaiteen aloilla.[3] [4]

Vuonna 2016 yhdysvaltalaiset tutkijat Wake Forest Universityn tutkimuslaitoksella onnistuivat tulostamaan ensimmäistä kertaa elävää kudosta, joka istutettiin koe-eläimeen.[5]

Esimerkiksi The Economist -lehden artikkelissa Print me a Stradivarius on hahmoteltu kolmiulotteisen tulostimen mahdollisuuksia synnyttää uusi teollinen vallankumous.[6] Aiemmin kappaleiden ja tuotteiden valmistus on vaatinut usein suuria tehtaita ja uuden tekniikan avulla saattaa koko käsitys ja tuotantotapa muuttua valtavasti, jolloin kotikäyttäjä voi suunnitella ja tulostaa itselleen suoraan tuotteita kotioloissa.

Koulutuksessa

muokkaa

Suomessa 3D-tulostusta käytetään eri koulutusasteilla, mm. varhaiskasvatuksessa, esi- ja perusopetuksessa, lukio-opetuksessa, toisen asteen ammatillisessa koulutuksessa sekä korkea-asteen koulutuksessa.

Teolliset käyttökohteet

muokkaa

Vaatetus

muokkaa

3D-tulostuksella on mahdollista tulostaa vaatekappaleita, kuten esimerkiksi kenkiä, mekkoja ja silmälasien kehyksiä.[7] 3D-tulostuksen etuna on muutostentekomahdollisuus etenkin kenkien kohdalla.[8]

Ajoneuvot

muokkaa

Ruotsalainen superautovalmistaja Koenigsegg julkaisi ”the One:1” -superauton, jossa käytetään 3D-tulostettuja sivupeilejä, imusarjaa, titaanisia pakoputkikomponentteja ja turboahdin-kokoonpanoja.[9] Toukokuussa 2015 Airbus ilmoitti uuden Airbus A350 XWB -lentokoneen sisältävän yli tuhat komponenttia, jotka on valmistettu 3D-tulostuksella.[10] 3D-tulostuksella voidaan valmistaa varaosia ajoneuvoihin, joiden varaosavalmistus on lopetettu tai muutoin hankalaa.[11]

Rakentaminen ja arkkitehtuuri

muokkaa

3D-tulostuksen myötä arkkitehtien ei tarvitse enää tehdä projektien pienoismalleja käsin. On mahdollista tehdä mittakaavassa olevia malleja asiakkaille lyhyessä ajassa.[12] Suunnittelun alla on tulostimia, joilla voi tehdä isoja kokonaisuuksia, esimerkiksi talon tulostaminen betonia pursottavan suuttimen avulla.[13]

Euroopan ensimmäinen 3D-tulostettu omakotitalo otettiin käyttöön Eindhovenissa keväällä 2021. Talo koostettiin useista betonielementeistä, jotka tulostettiin sisätiloissa ja liitettiin toisiinsa rakennuspaikalla. Myöhemmin taloja tullaan tulostamaan niiden rakennuspaikalla.[14]

Lääketiede

muokkaa

3D-tulostuksen avulla voidaan valmistaa potilaskohtaisia proteeseja, laitteita ja kudosta lääketieteelliseen käyttöön. Etenkin hammasproteesien ja kuulolaitteiden odotetaan olevan tulevaisuuden suurin kehityksen kohde. Kehityksen alla on metodi, jolla voidaan tehdä tarkkoja kopioita elimistä kuten luista, korvista, verisuonista ja nivelistä.[15]

Avaruus

muokkaa

NASA Marshall Space Flight Center (MSFC) ja Made In Space Incorporated suunnittelivat ensimmäisen 3D-tulostimen ”Zero-G Printer”, joka toimii painovoimattomassa tilassa.[16] Syyskuussa 2014 SpaceX-projekti toimitti tulostimen kansainväliselle avaruusasemalle. Joulukuussa 2014 tehtiin ensimmäinen tulostus, jossa CAD-piirustuksesta valmistettiin hylsyavain.[17]

Sisustus

muokkaa
 
3D-tulostettuja kukkaruukkuja

3D-tulostamalla voidaan tehdä mielenkiintoisia sisustusobjekteja, kuten kukkien suojaruukkuja, joiden valmistaminen ei ole ollut kannattavaa tai mahdollista muilla menetelmillä.

Tulostinvalmistajat

muokkaa

Tulostintekniikka jaetaan usein kahteen ryhmään valmistusmenetelmän mukaan: niin sanoittuihin Selective Laser Sintering ja Laminated object manufacturing. Kotikäyttöiset tulostimet toimivat yleensä laminointi-periaatteella ja tulostimen voi rakentaa melko helposti kotioloissa.

Avoimen lähdekoodin tulostimet

muokkaa

Tulostimia voi tilata kotikäyttöön valmiiksi koottuina tai kokoomasarjoina. Tulostimia voi myös ns. uudelleentulostaa, jolloin tulostimeen tarvittavat kappaleet tulostetaan toisella tulostimella. Tulostimien kotirakennussarjat maksavat 200 – 3 000 euroa.[lähde? ]

Tulostintekniikkaa

muokkaa

Taulukko kolmiulotteisten kappaleiden pikavalmistusmenetelmien nimityksistä ja tekniikoista:

Pikavalmistusmenetelmät Materiaalit
Selective laser sintering (SLS) Termoplastinen muovi, metallijauhe
Direct metal laser sintering (DMLS) lähes kaikki metalliseokset
Fused deposition modeling (FDM) Termoplastinen muovi, Eutektinen metalliseos
Stereolithography (SLA) Photo-polymeeri
Laminated object manufacturing (LOM) Paperi, muovi, metallit
Electron beam melting (EBM) Titaani-metalliseos
3D tulostin, 3D printing (3DP) metallit, muovit, kipsi, betoni, ym.

Katso myös

muokkaa

Lähteet

muokkaa
  1. Ramirez, Vanessa Bates: This 3D Printed House Goes Up in a Day for Under $10,000 Singularity Hub. 18.3.2018. Viitattu 23.1.2019. (englanniksi)
  2. Kalliola, Kia: Tältä näyttää 3d-printattu auto Tekniikka & Talous. 19.9.2011. Talentum Oyj. Arkistoitu 25.9.2011.
  3. Kalliola, Kia: Jättiläis­tulostimet printtaavat rakennuksia Tekniikka & Talous. 4.1.2011. Talentum Oyj. Arkistoitu 13.10.2011.
  4. Piiroinen, Mikko: Kuin scifiä: Toimiva huilu valmistettiin 3d-tulostimella Tekniikka & Talous. 10.1.2011. Talentum Oyj. Arkistoitu 13.9.2011.
  5. Numminen, Pekka: 3D-printterillä voi tulostaa elävää kudosta iltalehti.fi. 17.2.2016. Alma Media Suomi Oy.
  6. Print me a Stradivarius How a new manufacturing technology will change the world The Economist. 10.2.2011. (englanniksi)
  7. 3D-tulostetut vaatteet Resins-online.com. 17.6.2013. Arkistoitu 1.11.2013. Viitattu 28.1.2016.
  8. Fitzgerald, Michael: Kenkien kustomointi MITsloanreview.mit.edu. 15.5.2013. Viitattu 28.1.2016. (englanniksi)
  9. Davies, Alex: Koenigsegg "the One:1 http://www.businessinsider.com. 28.2.2014. Viitattu 28.1.2016.
  10. Simmons, Dan: Airbus Lentokoneissa yli 1000 3D-tulostettua osaa http://www.bbc.com. 6.5.2014. Viitattu 28.1.2016.
  11. Leno, Jay: 3D-tulostus korvaa ruostuneita osia http://www.popularmechanics.com. 7.6.2009. Viitattu 28.1.2016.
  12. 3D-tulostuksen hyötyjä arkkitehdeille http://www.lpfrg.com. Viitattu 28.1.2016.
  13. Behrokh, Khoshnecis & Richard, Russell & Hongkyu, Kwon & Satish, Bukkapatnam: Luodaan isoja prototyyppejä, s. 33–42. IEE Robotics & Automation Magazine, 2001.
  14. Horelli, Mika: Euroopan ensimmäinen kaupallinen 3D-tulostettu talo sai asukkaat Alankomaissa – neljään vastaavaan on tulijoita jonoksi asti Suomenkuvalehti.fi. 4.5.2021. Viitattu 20.8.2021.
  15. Williams, Julie: Bio-tulostus valmistaa pian ihmiskudosta http://www.3ders.org. 6.3.2014. Viitattu 28.1.2016.
  16. 3D-tulostus avaruudessa http://www.spie.org. 1.4.2015. Viitattu 28.1.2016.
  17. Hays, Brooks: Ensimmäinen 3D-tulostus avaruudessa http://www.upi.com. 19.12.2014. Viitattu 28.1.2016.

Aiheesta muualla

muokkaa