Kategoria: Kaikki blogikirjoitukset

3D-tulostus ja megatrendit

Sitra nostaa Megatrendit 2020 -selvityksessään esiin viisi vallitsevaa globaalia megatrendiä:

1. Ekologisella jälleenrakennuksella on kiire
2. Väestö ikääntyy ja monimuotoistuu
3. Verkostoinnin valta voimistuu
4. Teknologia sulautuu kaikkeen
5. Talousjärjestelmä etsii suuntaansa

Tarkastelemme tässä 3D-tulostuksen näkökulmasta näistä trendeistä ensimmäistä ja neljättä.

Yksi keskeisistä tulevaisuuteen vaikuttavista tekijöistä on vastauksemme ekologiseen kestävyyskriisiin eli ilmastonmuutokseen, luonnon monimuotoisuuden vähenemiseen, resurssien ylikulutukseen ja jäteongelmaan. Ihmiskunnalla onkin kasvava kiire ekologiselle jälleenrakennukselle, eli siirtymälle ympäristön tilaa ja ihmisten hyvinvointia parantavaan yhteiskuntaan. Ainetta lisäävä valmistus eli 3D-tulostus vastaa haasteeseen selkeänä mahdollisuutena ja näyttelee tärkeää roolia kestävässä kehityksessä. Seuraavassa muutamia syitä, miksi 3D-tulostus täyttää ekologisuuden vaatimuksia.

3D-tulostuksen perusperiaatteita on valmistus vain tarpeeseen, personoituna ja lähellä asiakasta. Kun pystytään valmistamaan vain todelliseen tarpeeseen, ei tarvita suuria, pääomaa ja resursseja sitovia fyysisiä varastoja. Ja kun valmistetaan lähellä asiakasta, säästetään logistiikkakustannuksissa ja kuljetuksista syntyvissä päästöissä. Valmistukseen ei myöskään tarvita muotteja, mikä mahdollistaa nopean ja tehokkaan koemarkkinoinnin ja markkinoille tulon. Lisäksi pystytään korjaamaan mahdolliset valuviat nopeasti ja edullisesti.

Tulostuksessa syntyvä materiaalihukka on pientä, ja se vähäkin mitä syntyy, voidaan hyödyntää uudestaan joko tulostuksessa tai joissakin tapauksissa muissa valmistusmenetelmissä. Esimerkiksi omassa tuotannossamme käytössä olevassa HP Jet Fusion -teknologiassa uutta materiaalijauhetta tarvitaan vain 20 % ja loput 80 % on käytettyä. Tulostusteknologioiden edelleen kehittyessä pystytään tulevaisuudessa tehokkaammin ja laaja-alaisemmin hyödyntämään myös paikallisesti valmistettuja kierrätys- ja biomateriaaleja, joiden kehittämiseen resurssien ylikulutus ja kestävän kehityksen tavoitteet luovat lisääntyvää painetta.

Tulostettavaksi suunnitellut tuotteet pystytään suunnittelemaan perinteisiin valmistustapoihin verrattuna siten, että ne niiden käytettävyys, kestävyys ja raaka-aineen kulutus on optimoitu, mikä puolestaan vastaa resurssien ylikulutukseen. Koska varaosia on kannattavaa pitää digitaalisessa varastossa lähes rajaton määrä, voidaan uudet edullisemmatkin laitteet suunnitella tulevaisuudessa helposti korjattavaksi sen sijaan, että ne heitetään rikki mennessään pois ja korvataan kokonaan uudella, kuten nykyään on tapana. Samoin tulostamalla voidaan valmistaa monenlaisia varaosia vanhempiinkin tuotteisiin ja näin pidentää niiden elinkaarta. Tämä kaikki vähentää jätettä.

Toinen 3D-tulostuksen näkökulmasta keskeinen megatrendi Sitran selvityksessä on digitalisaatio ja teknologian sulautuminen kaikkeen. Tällöin kysymykseksi nousee se, milloin teknologia on mahdollisuus ja milloin uhka ekologisessa jälleenrakennuksessa. 3D-teknologia on yksi digitalisuuteen pohjautuvan teollisuuden neljännen vallankumouksen tärkeitä elementtejä tuoden teollisuudelle uusia vaihtoehtoja valmistukseen ja liiketoimintamalleihin. Hyvänä esimerkkinä tästä käy edellisessä kappaleessa mainitut varaosat, jotka monella alalla ovat olleet perinteisesti korkean katteen liiketoimintaa.

3D-teknologia lisää kilpailukykyä, kun tulostetuilla osilla voidaan korvata vähemmän kestävillä menetelmillä tehtyjä osia. Se mahdollistaa kilpailukykyisen paikallisen toimimisen vs. ulkomaiset toimittajat, joten logistiikan luoma rasitus on matalampi. Mitä nopeammin ja aiemmin yritykset alkavat käyttämään menetelmää isommassa mittakaavassa, sitä parempi. Teollisten 3D-tulostimien ollessa vielä hintaluokaltaan sellaisia, ettei varsinkaan PK-yritysten ole useinkaan kannattavaa niihin ja niiden vaatimaan osaamiseen investoida, ovat 3DTechin kaltaiset palveluntarjoajat tärkeässä roolissa tässä prosessissa. Meidän palveluntarjoajien pitää pystyä tarjoamaan laadukkaita osia kilpailukyiseen hintaan, ja siten nopeuttamaan siirtymää. Tähän myös kaikessa tekemisessämme pyrimme.

3D-valmistuksen kipupisteet ja mahdolliset ratkaisut

Kuva: HP

Teollinen 3D-valmistus on ollut kuluvana keväänä esillä mediassa enemmän kuin koskaan. Kun koronapandemia katkoi monet hyvinä ja edullisina pidetyt tuotanto- ja hankintaketjut, paikalliseen valmistukseen perustuvasta 3D-tulostuksesta löytyi nopeita ratkaisuja. Alalla on myös haasteensa, joiden ratkaisemiseksi tarvitaan panostusta.

Moni koronan vuoksi tehohoitoon joutunut potilas on hyötynyt kriittisistä komponenteista, joita on voitu tuottaa paikallisesti 3D-tulostuksella. Tunnetuin tapauksista lienee Italiasta, jossa ratkaisu akuuttiin hengityskoneiden venttiilien puutteeseen löytyi 6 tunnissa 3D-tulostuksen avulla. Sittemmin myös hoitohenkilökunnan suojainpulaan on löytynyt 3D-tulostukselle nopeita ratkaisuja eri puolilla maailmaa.

Vähemmän sen sijaan on puhuttu siitä, että myös 3D-tulostuksella on kipupisteitä, jotka tekevät siitä maantieteellisestä alueesta riippumatta perinteisten valmistusmenetelmien lailla haavoittuvan. Näihin ongelmakohtiin on puututtava, jotta ala voi kehittyä ja tarjota laadukkaita palveluita. Haasteita on karkeasti kolmenlaisia: teknologioihin, talouteen ja osaamiseen liittyviä.

Talouteen liittyvissä haasteissa Suomi on takamatkalla. Ainetta lisäävä valmistus on hyvin pääomaintensiivistä. Laitteiden ja materiaalien kehitys nielevät paljon rahaa, eikä Suomessa ole alaan investoivia suuria laitekehittäjiä. Alan pienten toimijoiden osa on haastaa ja hakea innovatiivisia ratkaisuja osaamisen ja sitkeän tuotekehitystyön avulla. 3D-materiaalikehityksessä Suomessa on perinteitä ja vahvaa osaamista.

Suomessa on myös alan tutkimusta ja tuotekehitystä sekä yhteistyötä korkeakoulujen ja yritysten välillä, mutta kyetäksemme vastaamaan laajassa mitassa tuotantoketjuja ja huoltovarmuutta haastaviin tilanteisiin, tätä työtä on jatkettava ja laajennettava määrätietoisesti. On tärkeää, että maamme noin kymmenen teollista 3D-tulostusta tekevää yritystä ja korkeakoulut tekevät yhteistyötä ratkaistakseen kaikille yhteisiä ongelmia.

Resurssinäkökulmasta keskeinen kysymys on, miten turvataan 3D-tulostuksessa tarvittavien raaka-aineiden saatavuus poikkeusoloissa? Niitä koskevat samat lainalaisuudet, joita liittyy perinteisten raaka-aineiden valmistukseen ja jakeluun. Monia 3D-käytössä olevia materiaaleja voisi kierrättää nykyistä merkittävästi enemmän, mutta lähes kaikilla teollisilla laitevalmistajilla on monopoli laitteissa käytettäviin materiaaleihin. Asiasta ei juuri puhuta, mutta se on kehitystä ja kierrätystä merkittävästi rajoittava tekijä. 3DTech on jo jonkin aikaa ollut mukana konsortioissa, jotka hakevat ratkaisuja sekä digitaalisiin, tulostettaviin varaosiin että paikalliseen muovin kierrätykseen.

Entä miten kehitetään ja automatisoidaan nykyisiä 3D-valmistuksen työintensiivisiä vaiheita sekä suunnittelussa että jälkikäsittelyssä? Miten lisätä perinteisten alojen tuottavuutta ja säästää materiaalikustannuksissa? Moni ala hyötyisi merkittävästi 3D-valmistuksesta suuntaamalla suunnitteluun ja valmistusfilosofian uudelleenopetteluun lisää resursseja. Monia asioita voisi tehdä yksinkertaisemmin, materiaaleja säästäen ja kustannustehokkaammin kuin perinteisillä tavoilla.

Yksinkertaistaen sanottuna perinteisen suunnittelun ja valmistuksen sekä 3D-osaajien väliin tarvitaan nyt liian paljon ”tulkkausta”, jotta kyetään lisäämään kaikkialla tarvittavaa tuottavuutta ja resurssitehokkuutta. Kyse on panostuksesta osaamiseen koko ketjussa koulutuksesta tuotekehitykseen ja valmistukseen.

Koronapandemia voi olla tekijä, joka sysää alan toimijoita hakemaan luovia ratkaisuja edellä mainittuihin kysymyksiin. Niitä tarvitaan, koska paikallisilla, kestävillä ratkaisuilla on pysyvä kysyntä rajallisten resurssien ja ilmastonmuutoksen luomien paineiden vuoksi.

Keijo Koskinen