LUT-yliopiston Lappeenrannan kampuksella, monien ovien takana, on tila, jossa tehdään isoa ja vaikuttavaa tutkimusta.
Metallin 3D-tulostuskoneella syntyy kappaleita, joita LUT-yliopiston lasertyöstön ja 3D-tulostuksen tutkimusryhmä käyttää tutkimuksen lisäksi opetuksessa sekä kouluttaessaan yritysmaailmaa 3D-tulostuksen mahdollisuuksiin.
Maailmalla metallin 3D-tulostusta kehitetään jo tuotantolinjoiksi. LUT-yliopiston tutkimusryhmän johtaja, lasertyöstön ja 3D-tulostuksen professori Heidi Piili huomauttaa, että Suomi on jäänyt tekniikan soveltamisessa jälkeen muista teknisesti edistyneistä maista.
– Metallin 3D-tulostukselle on tarvetta suomalaisessa teollisuudessa. Mitä rivakammin teollisuus hyödyntää kustannustehokkaita ratkaisuja, sitä nopeammin sen kansainvälinen kilpailukyky paranee.
Metallien tulostuksella on Suomessa pitkät perinteet
Metallia on tulostettu maailmalla kolmiulotteisesti jo parikymmenen vuoden ajan. Muun muassa lentokone- ja autoteollisuus hyödyntävät tätä tekniikkaa.
Yksi ensimmäisistä sovelluskohteista olivat lääkinnälliset laitteet: hammasimplantteja tulostettiin metallista jo 2000-luvun alkupuolella. Myös koruteollisuus on ollut edelläkävijä metallin 3D-tulostuksen hyödyntämisessä.
Eräs maailman yleisimmistä tekniikoista, LUTissakin tutkimuksen kohteena oleva laserpohjainen jauhepetisulatus, on innovaatio, joka keksittiin 80-luvun lopulla Turussa.
Suomessa metallin 3D-tulostuksen teollinen hyödyntäminen on alkanut toden teolla vasta kolme, neljä vuotta sitten.
Joulukuussa 2018 uutisoitiin suomalaisesta yrityksestä, joka oli toimittanut ensimmäiset 3D-tulosteita sisältävät venttiilit asiakkaalle. Seuraavana vuonna toinen yritys kehitti sarjatuotantoon soveltuvia 3D-tulostettuja metalliosia, joiden sisään on integroitu elektroniikkaa.
– Materiaaliksi sopivat lähes kaikki yleisimmät teollisuudessa käytetyt metallit, kuten ruostumaton teräs, kupari ja alumiiniseokset. 3D-tulostus pitää sisällään useita tekniikoita, joista riippuen kappaleiden koko voi vaihdella muutamasta millistä useisiin metreihin.
Uniikit osat sarjatuotantona
LUTissa on tutkittu metallin 3D-tulostusta 12 vuoden ajan.
Metallia 3D-tulostamalla voidaan sarjatuotantona tehdä kappaleita, joiden valmistaminen koneistamalla on vaikeaa, mahdotonta tai erittäin kallista. Etenkin monimutkaisten ja vaativien kappaleiden valmistamiseen tekniikka sopii loistavasti.
Piili huomauttaa, että 3D-tulostus ei korvaa kaikkea perinteistä tuotantoa, vaan perinteiset tuotantotavat ovat useimmissa tapauksissa edelleen ne järkevimmät.
– Mutta kun tarvitaan mahdollisimman tarkkoja, kevennettyjä, monimutkaisia tai uniikkeja kappaleita, on 3D-tulostus paikallaan. Kaikki työvaiheet tuotteen suunnittelusta tulostukseen voidaan tehdä etukäteen digitaalisesti, jolloin virheet voidaan ennakoida ja tulosteen rakenne optimoida. Monimutkaisten kappaleiden työvaiheet saattavat näin tippua 25:stä yhteen.
– Esimerkiksi metsäkoneen hydraulilohkoon poraamalla tehty T-mallinen kanava on virtausteknisesti hyvin haastava. 3D-tulostuksella saadaan valmistettua Y-mallinen kanava, jonka virtaustekniset ominaisuudet ovat paremmat.