3D-tulostus tehostaa yksittäiskappaleiden ja prototyyppien suunnittelua

Materiaalia lisäävä valmistus, tekniikka joka tunnetaan myös termeillä additive manufacturing eli 3D-tulostus oli CeBIT 2015 messuilla yksi
3D-tulostuksessa on käynnissä hurja kilpa-
juoksu eri valmistajien ja teknologioiden välillä. 
Tämä näkyi CeBIT-messuilla.
kuumimmista teemoista ja puheenaiheista. Laitevalmistajia oli esillä runsaasti. Sen lisäksi on tiedossa useita lupaavia uusia ratkaisuja kuten Carbon3D:n tekniikka, jotka saattavat radikaalisti lisätä 3D-tekniikan hyödyntämistä. Teknologia lienee muutaman seuraavan vuoden aikana lähestymässä keikahduspistettä (tipping point), jonka jälkeen teknologia leviää nopeasti eri teollisuuden aloille, jopa kuluttajatuotteeksi.

Uudet tulostinlaitteet luovat mahdollisuuksia massaräätälöinnille. Parhaita toimivia esimerkkejä massaräätälöinnistä edustavat autotehtaat ja rautakaupan värisävytyspalvelut. Uuden auton ostaja valitsee lukemattomista ulkoasuun ja tekniikkaan liittyvistä yksityiskohdista itselleen mieluisat ominaisuudet ja autotehdas rakentaa auton tämän reseptilistan perusteella. Maalikaupassa puolestaan myyjä sekoittaa oikean sävyn maalitehtaan tuottamaan pohjaväriin ostajan yksilöllisten vaatimusten mukaisesti.

Massaräätälöinnin pelisääntönä on ollut valmistuksen modulaarisuus. Valmistettavan tuotteen rungossa ovat tietyt vakio-osat ja ominaisuudet, modulaarisia vaihdettavia osia käyttämällä tuotteesta saadaan yksilöllinen. Materiaalia lisäävällä valmistuksella koko tuote tai jotkin isomman laitteen modulaareista osista voivat olla täysin yksilöllisiä ja nämä yksilölliset piirteet pystytään valmistamaan kustannustehokkaasti.

Ohjelmistojen puolella hyvän esimerkin massaräätälöinnin konseptista tarjoaa Facebook, jossa julkaisualusta on kaikille sama mutta jokainen sillä tuotettu henkilökohtainen sivu on yksilöllinen kokonaisuus - kyseessä on siis jättiläismittaista massaräätälöintiä kun käyttäjiä tai tilejä on 1,4 miljardia.

CeBIT messuilla massaräätälöintiä oli esillä useammalla osastolla. Eräs kiinnostavista oli konsepti  massaräätälöitävistä silmälasikehyksistä. Aachenin ammattikorkeakoulu oli professori Thomas Ritzin johdolla kehitellyt ratkaisun, jossa optikon luona erillisellä appsilla asiakas pystyy suunnittelemaan yksilölliset kehykset itselleen. Ne valmistetaan sitten 3D-tulostimella saman tien optikkoliikkeessä. Se, miten tähän konseptiin saadaan mahtumaan kehyksiin asennettavien yksilöllisten linssien valmistus samaan aikakehykseen, vaatinee liiketoimintamallin ja tekniikan osalta lisäkehittelyä.

Yksilölliset kehykset saattavat olla se helpoin osa muuttaa optisen alan liiketoimintaa. Miksi?  Tänä päivänä linssit ovat taitto-ominaisuuksiltaan huipputeknisiä taidonnäytteitä ja niiden valmistuksessa on useita aikaa vieviä työvaiheita. Ehkä kehysten yksilöllistäminen kannattaisi tehdä keskitetymmässä 3D-palvelussa linssivalmistuksen yhteydessä?

Materiaalia lisäävä valmistus, robotiikka ja yhä älykkäämmät monitoimiset työstökoneet ovat selvästi yksi kehityssuunta, joka yhdessä internet-verkon kanssa tekee hajautetun paikallisen valmistuksen ja nopeammat huoltopalvelut (asioiden internet) monella teknologian alalla uudelleen kilpailukykyiseksi. Kiinaa ja halpatuotantomaita suosinut massavalmistuksen aikakausi on ehkä siirtymässä osin historiaan.

Fyysinen malli paljastaa suunnitteluvirheet

Prototyyppien suunnitteluun 3D-tulostus tuo uusia tapoja havainnollistaa ja testata nopeasti reaalimaailmassa erilaisia teknisiä konstruktioita. Vaikka teknisessä suunnittelussa on käytössä jo nyt monipuolisia 3D-näyttöjä, tehokkaita CAD-ohjelmia ja virtuaalilaseja, ei mikään voita fyysistä mallia, jota voi omin käsin tutkia ja kokeilla. Hyvän esimerkin tästä tarjoaa Yhdysvaltain laivaston säähavointojen, etenkin pyörremyrskyjen tutkimuksessa käytettävän lentokoneen laskutelineen remontti.

Käyttämällä 3D-tulostusta P-3 Orion lentokoneen ainutlaatuisen laskutelinekonstruktion korvaavan uuden varaosan suunnittelussa, pystyttiin aikaa säästämään oleellisesti. ABS muovista tulostettu 3D-prototyyppi nimittäin osoittautui malliltaan hieman virheelliseksi ja nämä suunnitteluvirheet pystyttiin lyhyessä ajassa korjaamaan ennen kuin lopullista metallista työstettyä laskutelineen osaa ryhdyttiin valmistamaan Lockheed Martinin tehtaalla. Koko tapaus on luettavissa www.3ders.org artikkelista.