Miten 3D-tulostin toimii?
MIKÄ ON 3D-TULOSTUS?
3D-tulostuksessa käytetään erikoislaitteita kiinteiden, kolmiulotteisten objektien luomiseen digitaalisesta tiedostosta. Käytäntö on ollut olemassa 1980-luvulta lähtien, jolloin Charles W. Hull keksi prosessin ja loi ensimmäisen 3D-tulostetun osan. Siitä lähtien 3D-tulostuksen ala on kasvanut eksponentiaalisesti ja tarjoaa lukemattomia mahdollisuuksia.
3D-tulostuksen yleiskatsaus
3D-tulostus on prosessi, jossa käytetään tietokoneella avustettua suunnittelua eli CAD-ohjelmistoa objektien luomiseen kerros kerrokselta. 3D-tulostusta käytetään yleisesti valmistus- ja autoteollisuudessa, joissa työkaluja ja osia valmistetaan 3D-tulostimilla.
3D-tulostuksen ominaisuuksien kasvaessa myös sen arvo kasvaa: Vuoteen 2029 mennessä 3D-tulostusteollisuuden arvon arvioidaan saavuttavan 84 miljardia dollaria. Tämä kasvu tarkoittaa, että olemme väistämättä vuorovaikutuksessa 3D-tulostuksella valmistettujen tuotteiden – ja jopa kotien ja rakennusten – kanssa.
3D-tulostus mullistaa myös terveydenhuoltoalaa. Vuonna 2020 COVID-19-pandemia ylikuormitti sairaalat ja lisäsi henkilönsuojainten tarvetta. Monet terveydenhuollon laitokset siirtyivät 3D-tulostukseen toimittaakseen henkilöstölleen kipeästi kaivattuja suojavarusteita sekä osia hengityskoneiden korjaamiseen. Suuryritykset, startupit ja jopa lukiolaiset, joilla on 3D-tulostimia, vastasivat haasteeseen. 3D-tulostus ei ainoastaan muuta henkilönsuojainten ja lääkinnällisten laitteiden valmistusta, vaan myös virtaviivaistaa proteeseja ja implantteja.
Vaikka 3D-tulostus ei välttämättä ole uusi keksintö, jotkut ihmettelevät edelleen, mitä 3D-tulostus on ja miten se toimii. Tässä on opas 3D-tulostuksen ymmärtämiseen.
Mitä ovat 3D-tulostimet?
Lyhyesti sanottuna 3D-tulostimet käyttävät CAD-ohjelmistoja 3D-objektien luomiseen erilaisista materiaaleista, kuten sulasta muovista tai jauheista. 3D-tulostimia on saatavilla eri muodoissa ja kokoisina aina pöydälle mahtuvista laitteista suuriin rakennusmalleihin, joita käytetään 3D-tulostettujen talojen valmistuksessa. 3D-tulostimia on kolmea päätyyppiä, ja jokainen käyttää hieman erilaista menetelmää.
3D-TULOSTIMEN TYYPIT
Stereolitografiset eli SLA-tulostimet on varustettu laserilla, joka muovailee nestemäistä hartsia muoviksi.
Selektiivisessä lasersintrauksessa eli SLS-tulostimissa on laser, joka sintraa polymeerijauheen hiukkasia jo valmiiksi kiinteäksi rakenteeksi.
Yleisimpiä menetelmiä ovat sulatettuun laskeumaan perustuvat mallinnus- eli FDM-tulostimet. Nämä tulostimet vapauttavat termoplastisia filamentteja, jotka sulatetaan kuuman suuttimen läpi muodostaen kerros kerrokselta kappaleen.
3D-tulostimet eivät ole kuin scifi-sarjojen taikalaatikot. Sen sijaan tulostimet – jotka toimivat jossain määrin samalla tavalla kuin perinteiset 2D-mustesuihkutulostimet – käyttävät kerrosmenetelmää halutun objektin luomiseen. Ne työskentelevät alusta alkaen ja pinoavat kerroksia kerrokselta, kunnes objekti näyttää täsmälleen siltä kuin se oli suunniteltu.
Miksi 3D-tulostimet ovat tärkeitä tulevaisuudelle?
3D-tulostimien joustavuus, tarkkuus ja nopeus tekevät niistä lupaavan työkalun tulevaisuuden valmistukselle. Nykyään monia 3D-tulostimia käytetään niin sanottuun nopeaan prototyyppien valmistukseen.
Yritykset ympäri maailmaa käyttävät nykyään 3D-tulostimia prototyyppien luomiseen muutamassa tunnissa sen sijaan, että ne tuhlaisivat kuukausia aikaa ja mahdollisesti miljoonia dollareita tutkimukseen ja kehitykseen. Itse asiassa jotkut yritykset väittävät, että 3D-tulostimet tekevät prototyyppien valmistusprosessista 10 kertaa nopeamman ja viisi kertaa halvemman kuin tavalliset tutkimus- ja kehitysprosessit.
3D-tulostimilla on merkitystä lähes kaikilla toimialoilla. Niitä ei käytetä vain prototyyppien valmistukseen. Monet 3D-tulostimet on tarkoitettu myös valmiiden tuotteiden tulostamiseen. Rakennusteollisuus käyttää itse asiassa tätä futuristista tulostusmenetelmää kokonaisten kotien tulostamiseen. Koulut ympäri maailmaa käyttävät 3D-tulostimia tuodakseen käytännön oppimista luokkahuoneisiin tulostamalla kolmiulotteisia dinosaurusten luita ja robotiikan osia. 3D-tulostusteknologian joustavuus ja mukautuvuus tekevät siitä mullistavan tekijän mille tahansa toimialalle.
Mitä voit 3D-tulostaa?
3D-tulostimilla on äärimmäinen joustavuus niiden tulostusmahdollisuuksien suhteen. Ne voivat esimerkiksi käyttää muoveja jäykkien materiaalien, kuten aurinkolasien, tulostamiseen. Niillä voidaan myös luoda joustavia esineitä, kuten puhelinkoteloita tai polkupyörän kahvoja, käyttämällä hybridikumi- ja muovijauhetta. Jotkut 3D-tulostimet pystyvät jopa tulostamaan hiilikuidulla ja metallijauheilla erittäin kestävien teollisuustuotteiden valmistamiseksi. Tässä on muutamia yleisiä 3D-tulostuksen käyttökohteita.
Nopea prototyyppien valmistus ja nopea valmistus
3D-tulostus tarjoaa yrityksille riskittömän, edullisen ja nopean tavan tuottaa prototyyppejä, joiden avulla ne voivat testata uuden tuotteen tehokkuutta ja vauhdittaa kehitystä ilman kalliita malleja tai omia työkaluja. Vielä pidemmälle vieden yritykset monilla eri toimialoilla hyödyntävät 3D-tulostusta nopeaan valmistukseen, jolloin ne voivat säästää kustannuksia pienten erien tuotannossa tai lyhentää tulostusaikaa.
Toiminnalliset osat
3D-tulostuksesta on ajan myötä tullut toiminnallisempaa ja tarkempaa, mikä on mahdollistanut suljetun tai vaikeasti saavutettavissa olevien osien luomisen ja hankkimisen, jotta tuote voidaan valmistaa aikataulussa. Lisäksi koneet ja laitteet kuluvat ajan myötä ja saattavat tarvita nopeaa korjausta, mihin 3D-tulostus tarjoaa virtaviivaisen ratkaisun.
Työkalut
Kuten toiminnalliset osat, myös työkalut kuluvat ajan myötä ja niistä voi tulla käyttökelvottomia, vanhentuneita tai kalliita vaihtaa. 3D-tulostus mahdollistaa työkalujen helpon valmistuksen ja vaihdon useisiin käyttötarkoituksiin, ja ne ovat kestäviä ja uudelleenkäytettäviä.
Mallit
Vaikka 3D-tulostus ei välttämättä pysty korvaamaan kaikkia valmistusmenetelmiä, se tarjoaa edullisen ratkaisun mallien tuottamiseen konseptien visualisoimiseksi 3D:nä. Kuluttajatuotteiden visualisoinneista arkkitehtuurimalleihin, lääketieteellisiin malleihin ja koulutustyökaluihin. 3D-tulostuksen kustannusten laskiessa ja niiden helpottuessa 3D-tulostus avaa uusia ovia mallinnussovelluksille.
