Kolmiulotteinen tulostus

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
FDM by Zureks.png
RepRap 2 Mendel -mallinen avoimen lähdekoodin kotitulostin.

Kolmiulotteinen tulostus tai 3D-tulostus on virtuaalisen mallin tuotteistamista fyysiseksi esineeksi 3D-tulostimen avulla. Tulostimessa voidaan käyttää materiaaleina esimerkiksi muovia, metallia, keraamia tai lasia. Tulostusmateriaali on yleensä omissa kaseteissaan, josta mallintamiseen tarvittava materiaali johdetaan tulostuspäähän esimerkiksi nauhana tai jauheena. Tulostuspää sulattaa tai liuottaa nesteeseen tulostusmateriaalin ja suihkuttaa tulostinalustalle liukenevan materiaalin, joka kovettuu ohuina kerroksina haluttuun kohtaan. Malli muodostuu näin useista ohuista kerroksista.

Historiaa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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 | muokkaa wikitekstiä]

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 | muokkaa wikitekstiä]

Kolmiulotteisen tulostuksen kehityksen myötä tulostaminen on melko yksinkertaista kotioloissa ja teknologia on levinnyt laajalle käyttäjäjoukolle edullisten tulostimien myötä. Tulostimia on kehitytty 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 | muokkaa wikitekstiä]

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[1].

Valmiskappaleidein tulostusta käytetään esimerkiksi koruteollisuuden, hammastekniikan ja veistostaiteen aloilla.[2][3]

Vuonna 2016 yhdysvaltalaiset tutkijat Wake Forrest Institutessa onnistuivat tulostamaan ensimmäistä kertaa elävää kudosta, joka istutettiin koe-eläimeen.[4]

Esimerkiksi The Economist -lehden artikkelissa Print me a Stradivarius on hahmoteltu kolmiulotteisen tulostimen mahdollisuuksia synnyttää uusi teollinen vallankumous [5]. 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.

Teolliset käyttökohteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vaatetus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

3D-tulostuksella on mahdollista tulostaa vaatekappaleita, kuten esimerkiksi kenkiä, leninkejä ja silmälasien kehyksiä.[6] 3D-tulostuksen etuna on muutostentekomahdollisuus etenkin kenkien kohdalla.[7]

Ajoneuvot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ruotsalainen superautovalmistaja Koenigsegg julkaisi ”the One:1” -superauton, jossa käytetään 3D-tulostettuja sivupeilejä, imusarjaa, titaanisia pakoputkikomponentteja ja turboahdin-kokoonpanoja.[8] Toukokuussa 2015 Airbus ilmoitti uuden Airbus A350 XWB -lentokoneen sisältävän yli tuhat komponenttia, jotka on valmistettu 3D-tulostuksella.[9] 3D-tulostuksella voidaan valmistaa varaosia ajoneuvoihin, joiden varaosavalmistus on lopetettu tai muutoin hankalaa.[10]

Rakentaminen ja arkkitehtuuri[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

3D-tulostuksen myötä arkkitehtien ei tarvitse enää tehdä projektien pienoismalleja käsin. On mahdollista tehdä mittakaavassa olevia malleja asiakkaille lyhyessä ajassa.[11] Suunnittelun alla on tulostimia, joilla voi tehdä isoja kokonaisuuksia, esimerkiksi talon tulostaminen betonia pursottavan suuttimen avulla.[12]

Lääketiede[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.[13]

Avaruus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

NASA Marshall Space Flight Center (MSFC) ja Made In Space Incorporated suunnittelivat ensimmäisen 3D-tulostimen ”Zero-G Printer”, joka toimii painovoimattomassa tilassa.[14] Syyskuussa 2014 SpaceX-projekti toimitti tulostimen kansainväliselle avaruusasemalle. Joulukuussa 2014 tehtiin ensimmäinen tulostus, jossa CAD-piirustuksesta valmistettiin hylsyavain.[15]

Tulostinvalmistajat[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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 | muokkaa wikitekstiä]

Tulostimia voi tilata kotikäyttöön valmiiksi koottuina tai kokoomasarjoina. Tulostimia voi myös ns. uudelleentulostaa, jolloin tulostimeen tarvittavat kappaleet tulostetaan toisella tulostimella. Tulostimien kotirakennussarjat maksavat 500 - 3000 euroa.

  • MakerBot Industries valmistaa edullisia avoimen lähdekoodin rakennussarjoja (esimerkiksi Thing-o-matic -tulostin).
  • RepRap on avoimeen suunnitteluun perustuva yhteistyöprojekti, jonka tavoite on kehittää edullisia tulostimia, jotka pystyvät tulostamaan ison osan omasta rakenteestaan.
  • Ultimaker on avoimen suunnittelun tulostin.
  • Contraptor on monitoimisen laitteen avoin suunnitteluprojekti, johon kuuluu osana mahdollinen 3D-tulostin.
  • Prenta Oy valmistaa Suomen suurimpia 3D-tulostimia avoimen lähdekoodin alustalla.

Tulostintekniikkaa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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 | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Tekniikka ja Talous, Uutiset, Kia Kalliola, 19.9.2011. Tältä näyttää 3d-printattu auto.
  2. Tekniikka & Talous, Raportti, Kia Kalliola, 4.1.2011. Jättiläis­tulostimet printtaavat rakennuksia
  3. Tekniikka & Talous, Uutiset, Mikko Piiroinen, 10.1.2011. Kuin scifiä: Toimiva huilu valmistettiin 3d-tulostimella
  4. Iltalehti, 17.2.2016. 3D-printterillä voi tulostaa elävää kudosta.
  5. The Economist: Print me a Stradivarius How a new manufacturing technology will change the world Feb 10th 2011 | from the print edition
  6. 3D-tulostetut vaatteet Resins-online.com. 17.6.2013. Viitattu 28.1.2016.
  7. Fitzgerald, Michael: Kenkien kustomointi MITsloanreview.mit.edu. 15.5.2013. Viitattu 28.1.2016.
  8. Davies, Alex: Koenigsegg "the One:1 http://www.businessinsider.com. 28.2.2014. Viitattu 28.1.2016.
  9. Simmons, Dan: Airbus Lentokoneissa yli 1000 3D-tulostettua osaa http://www.bbc.com. 6.5.2014. Viitattu 28.1.2016.
  10. Leno, Jay: 3D-tulostus korvaa ruostuneita osia http://www.popularmechanics.com. 7.6.2009. Viitattu 28.1.2016.
  11. 3D-tulostuksen hyötyjä arkkitehdeille http://www.lpfrg.com. Viitattu 28.1.2016.
  12. Behrokh, Khoshnecis & Richard, Russell & Hongkyu, Kwon & Satish, Bukkapatnam : Luodaan isoja prototyyppejä, s. 33-42. IEE Robotics & Automation Magazine, 2001.
  13. Williams, Julie: Bio-tulostus valmistaa pian ihmiskudosta http://www.3ders.org. 6.3.2014. Viitattu 28.1.2016.
  14. 3D-tulostus avaruudessa http://www.spie.org. 1.4.2015. Viitattu 28.1.2016.
  15. Hays, Brooks: Ensimmäinen 3D-tulostus avaruudessa http://www.upi.com. 19.12.2014. Viitattu 28.1.2016.

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]