3D-tulostus tarkoittaa sitä, että fyysisiä kappaleita valmistetaan automaattisesti 3D-tietokonemallin pohjalta.
Maailman ensimmäinen 3D-tulostin myytiin vuonna 1988. Isojen yritysten tuotekehityksessä alettiin 1990-luvun alussa käyttää menetelmää lähinnä tuotteiden prototyyppien valmistamiseen.
Tärkeimpiä materiaaleja ovat muovit ja metallit. Yksi valmistustapa on se, että tulostinlaite kuumentaa muovinauhaa tai -pulveria ja tekee syntyneestä seoksesta esineen kerros kerrokselta.
3D-teknologian erityisyys on siinä, että sen avulla voidaan valmistaa tehokkaasti hyvin monimutkaisiakin kappaleita. Teknologiaa hyödynnetään esimerkiksi ilmailuteollisuudessa:
"Tulevaisuudessa lentokoneiden tärkeimmät osat ovat niin monimutkaisia, että niitä ei pystytä tekemään enää millään muulla teknologialla kuin 3D-tulostuksella. Lentomoottorin polttoainesuutin on tästä esimerkki", sanoo tutkimusjohtaja Jukka Tuomi Aalto-yliopistosta.
Tuomen mukaan kehitys johtaa entistä kevyempiin moottoreihin. Tavoitteena on vähentää lentokoneiden polttoaineen kulutusta ja päästöjä.
Pieniä tulostimia kodeissa ja kouluissa
Työterveyslaitoksella, Aalto-yliopistolla ja Helsingin yliopistolla on meneillään tutkimushanke, jossa selvitetään 3D-tulostamisen työturvallisuutta. Tutkimus on Suomessa laatuaan ensimmäinen, ja sitä rahoittaa Työsuojelurahasto.
"Haluamme varmistaa, että tulostaminen on työntekijöille turvallista kaikissa työvaiheissa", sanoo erikoistutkija Anna-Kaisa Viitanen Työterveyslaitoksesta.
Osana laajempaa hanketta tutkijat ovat mitanneet myös pöytämallisten 3D-tulostimien hiukkas- ja kaasupäästöjä. Nämä mikroaaltouunin kokoiset laitteet ovat yleistyneet kodeissa, kouluissa ja kirjastoissa hintojen halpenemisen ja helpon saatavuuden myötä.Pöytämallisten tulostimien käyttö vapauttaa ilmaan nanohiukkaspäästöjä. Nanohiukkasilla tarkoitetaan pienen pieniä hiukkasia, jotka ovat läpimitaltaan vain joitakin millimetrin miljoonasosia.
Se, että tulostaa silloin tällöin, ei ole kovin haitallista. Jos ihmiset altistuvat päästöille päivittäin, altistumista olisi hyvä pyrkiä vähentämään.
Viitasen mukaan se onnistuu hankkimalla koteloidun tulostimen, jonka suunnittelussa päästöjen hallinta on otettu huomioon, välttämällä oleskelua samassa tilassa kuin tulostin tai varmimmin johtamalla päästöt pois huoneilmasta.
Lämpötilan nosto lisää hiukkaspäästöjä
Pöytämallista tulostinta käytetään niin, että muutaman millimetrin paksuista muovinauhaa ajetaan kuuman suuttimen läpi. Se sulattaa muovin, josta valmistetaan pursottamalla vaikkapa rannerengas.
Työterveyslaitoksen tutkijat mittasivat pöytämallisen FDM-tulostimen eli pursotinlaitteen tuottamia päästöjä kahdella eri muoviseoksella: ABS:llä ja PLA:lla. Ne ovat pientulostinten yleisimmät materiaalit.
"ABS-muovin tulostaminen aiheutti nanohiukkaspäästöjä, joiden leviämistä huonetilaan olisi hyvä rajoittaa", Anna-Kaisa Viitanen sanoo.
ABS ja PLA ovat termoplastisia eli lämpömuovautuvia muoveja. Öljypohjainen ABS vaatii kuumentamisen noin 230–250 asteeseen ja biohajoava PLA noin 180–210 asteeseen.
Mittauksissa lämpötilan nostaminen kasvatti molempien muovien päästöjä, joten materiaalin suosituslämpötilaa kannattaa noudattaa.
Halvan materiaalin koostumus arveluttaa
Jukka Tuomi kertoo, että pöytämallisissa tulostimissa käytetyt muovinauhat ovat noin 20 kertaa kalliimpia kuin teollisuuden käyttämä bulkkitavara. Siksi ajatus halvemman materiaalin tilaamisesta ulkomaisesta verkkokaupasta voi houkutella:
"En kuitenkaan suosittele sitä. Materiaalien sisällöstä ei välttämättä ole mitään takeita."Tuomen mukaan pientulostimia käytetään kodeissa pahimmillaan jopa makuuhuoneessa. Jos esimerkiksi hänen lapsensa innostuisi kovasti 3D-tulostamisesta, laite sijoitettaisiin autotalliin.
"Vielä parempi vaihtoehto olisi, että lapsi tekisi itse tietokonemallinnuksen, mutta sen mukaan valmistettava esine tilattaisiin joltain alan yritykseltä. Silloin saisimme turvallisesta materiaalista valmistetun ja laadultaan huomattavasti paremman esineen."
Tuomi muistuttaa myös, ettei kotitulostimella pidä valmistaa mitään "turvallisuuskriittistä" kappaletta, kuten pyöräilykypärän solkea. Laatu ja lujuus eivät riitä.
Tulossa ohjeet työntekijöille
3D-tulostuksen työturvallisuutta tutkiva hanke päättyy vuoden 2016 lopussa, ja siinä on mukana kolme työpaikkaa. Tulostustyöhön liittyvä ohjeistus työntekijöille valmistuu viimeistään syksyllä.Tässä vaiheessa tutkijoiden pääviesti on, että perinteinen riskinarviointi pitää tehdä myös silloin, kun kyse on "uudesta ja hienosta" teknologiasta.
"Tarkkana on oltava esimerkiksi pölyävien materiaalien ja niiden kemikaalien kanssa, joilla tulostetut kappaleet käsitellään", erikoistutkija Anna-Kaisa Viitanen Työterveyslaitoksesta huomauttaa.
Aalto-yliopiston tutkimusjohtaja Jukka Tuomi toimii myös Suomen Pikavalmistusyhdistyksen puheenjohtajana. Hänen näppituntumansa mukaan riskit tiedostetaan ainakin niissä yrityksissä, joilla on useita 3D-laitteita.
"Isot laitevalmistajat ohjeistavat työpaikkoja aika hyvin. Tietoa tarvitaan eniten niillä työpaikoilla, joissa ei ole totuttu verstasmaiseen työskentelyyn ja työturvallisuuteen ja joissa 3D-tulostin on sijoitettu lähelle toimistotiloja", Tuomi sanoo.
Tutkimusta esitellään 3DExpon yhteydessä järjestettävässä seminaarissa 14.4.2016 Vantaalla.
Kommentointi