3D-tulostuksesta

[Erkki Nuutio]

Seuraan säännöllisesti 3D-tulostuksen nopeta kehitystä. Jos muutkin haluavat käyttää aikaansa tällaiseen, tarvitsee vain seurata tätä sivustoa : https://all3dp.com/3d-printing-news/ .

3D-tulostus on jo käytännöllistä erikoistehtävissä, kuten hammasproteesien teossa riittävän isoilla hammaslääkäriasemilla. Yhtä lailla se on toimivaa ja edullistakin, mutta huomattavaa ajankäyttöä ja sitkeyttä vaativaa esimerkiksi rautatiekaluston pienoismallien teossa (esimerkki https://www.rmweb.co.uk/community/index.php?/topic/154008-printing-modern-wagons-in-n-jha-iia-ipa-jia/ )

Pienoismalleissa tarkkuusvaatimus yleensä vie resin-tulostamiseen (nestehartsikerrosten kovetus sopivalla laservalonsäteellä). Muuten yleisimmin käytetään erilaisia fdm-menetelmiä (sulatetaan ohutta kestomuovilankaa ja levitetään sitä ohuina kerroksina).
Teollisuuden harjoittelu yksittäiskappaleiden teossa tapahtuu vielä lähes pelkästään fdm-menetelmillä, mutta käytetään lujempia kestomuovilankoja, jotka ovat hankalammin sulavia (esimerkiksi nailon, hiilikuituvahvisteinen peek jne.)

Varsinaisiin rakenneosiin muovit eivät normaalisti alkuunkaan riitä. Metallien (kuten teräs,  titaani) 3D-tulostus kehittyy nopeasti kohti ensimmäisiä sovelluskohteita. Tarvittavat laitteistot ovat kuitenkin hyvin kalliita, kuten ensimmäisen viitteen sivulta käy ilmi. Joudutaan siksi odottamaan ainakin 5 vuotta ennen kuin se alkaa tulla käytännölliseksi.

Jotta ylipäätään jotakin voi tulostaa, tarvitaan asianmukaiset 3D-geometria- ja muut tiedostot tulostettavasta osasta, ja tietysti perinteistäkin tekniikka ymmärtäviä ammattilaisia.
Avuksi mallintamiseen on markkinoille tullut tarkkoja ja silti edullisia 3D kuvauskameroita.
Nämä pystyvät tekemään varsin valmiita 3D-geometriatiedostoja kulloisestakin piraattikopiointiin aiotusta osasta. Etenkin kiinalaiset osaavat tämän reverse engineering -toiminnan.  Kuvauskameroitakin esitellään ensimmäisen viitteen alasivustoilla.

Kokeellisesti tehdään betonista 3D-tulostamalla rakennuksiakin. Pääraaka-aineeksi soveltuu autiomaan hiekka (jos ollaan autiomaassa). Vain pienehkö määrä kemikaaleja tarvitsee lisätä.
Samalla periaatteella voisi jo tänä päivänä tehdä (betonisia) hautakiviä suoraan hautausmaalla.

[Elmeri Lehtovirta]

Eikö ole jo joku muovi/joku muu joka on vahvempaa kuin alumiini? (Valmistajan mainoksen mukaan ja vertasivat vain alumiiniin.)

[Urpo Mustapää]

Muovien 3D-tulostusta voi käyttää apuna metallien valamisessa. Kipsivalussa voi hyödyntää "lost-pla casting" tekniikkaa jossa vahamalli korvataan tulostetulla muovimallilla. Samoin hiekkavalussa voi käyttää tulostettuja malleja muotin teossa.

[Petri Sallinen]

Kaikki riippuu siitä, mitä ollaan tekemässä ja mitä homma saa maksaa. Pienoismallien valmistuksessa vaikuttaa tulostuksen tarkkuus ja hinta, koska hinta ei saisi olla olla "mitä tahansa". Oheisissa kuvissa vaunujen katot ovat printtejä, eli lopputuote on 3D-printti. Tulostusmateriaali on nylon, jonka pinta on hitusen karkea. Materiaali on kuitenkin stabiili ja mittatarkka, vaikka menetelmä itsessään on jossain määrin "karkea" eikä tuota tarkkoja yksityiskohtia. Tässä tapauksessa pinnan appelsiinimaisuudesta on kuitenkin pelkästään etua. Tartuntapohjamaalauksen jälkeen pinta on juuri passeli sorastusta varten — parempi kuin täysin sileä.





Tässä tapauksessa konepeitto — eli "lopputuote" — on koneellisesti hartsista valettu, mutta valumaster on 3D-printti. Master-printtaukseen tarkoitettuja koneita on ollut olemassa jo vuosikaudet, mutta niiden hankintahinta ja printtauksen hinta on niin korkea, että varsinainen printti ei voi olla hintansa puolesta lopputuote. Jos lopullinen sarja muodostuu muutamasta sadasta kappaleesta, niin menetelmän hinta on peräti kilpailukykyinen ja erittäin laadukas.

Master-kappaleen sijasta voidaan tulostaa suoraan myös valumuotti, jolloin yksi työvaihe jää välistä.





Master-printti C5-veturin valkometallista valettavaa kattilaa varten. Erittäin tarkkaa työtä, mutta myös melkoisen arvokas. Sopii kuitenkin sarjatuotantoon.



Master-printin kustannus jakaantuu suuremman valusarjan kesken, jolloin vaikutus yksikköhintaan jää vähäiseksi. Kuvassa valmis kattila, josta pieni veturi saa muhkeasti painoa. Veturin tenderin on hieman eri tavalla toteutettu 3D-sovellus.

[Petri Sallinen]

Pienoismallien tuotannossa 3D-tulostamisen vaatimustaso on keskimääräistä kovempi. Ei riitä, että tulostin osaa jäljentää muodon. Sen pitäisi osata toistaa myös sileä pinta ja riittävästi yksityiskohtia. Sileän pinnan merkitys korostuu erityisesti kaarevilla pinnoilla. Kuvasin tämän muutama vuosi sitten englantilaisessa näyttelyssä, jossa pääsin keskustelemaan myös mallien suunnittelijan kanssa.

Kyseessä oli tuolloin parin tuhannen euron nestemäistä hartsia käyttävä tulostin. Tulostimen hintaan vaikuttaa tarkkuuden lisäksi myös se, kuinka suuri tulostusala on. Printattu veturi on 1:43-mittakaavainen, joten se on jouduttu sijoittamaan vinoon. Tosin tulostussuunnan valinnalla voidaan vaikuttaa myös siihen, mihin kohtaan mahdollinen tulostamisen epätarkkuus syntyy: näkyville vai piiloon.



En ole ihan vakuuttunut siitä, että 3D-tulostinta kannattaisi ostaa autotalliin makaamaan ellei asia muuten vaan ole näin kiinnostavaa. Tekniikka kehittyy niin nopeasti, että tulostimien hinta-laatu-suhde päivittyy reipasta vauhtia. Toisaalta alihankintapalvelujen käyttö tuo ulottuville myös sellaista tekniikkaa, johon investoiminen olisi sen kalleuden vuoksi mahdotonta.



Sama aihe — kaksi mittakaavaa. Pienempi kori on 1:76-mittakaavassa ja suurempi 1:43-mittakaavassa. Kohde on tulostustekniikan kannalta ihanteellinen: laatikkomainen ja suorapintainen, niittejä tai muita yksityiskohtia ei juurikaan ole. Mitä pienempi mittakaava, sitä herkemmin tulostustekniikan puutteet näkyvät.

Kaupallisessa toiminnassa printtien käyttö lopputuotteen osana on jo arkipäivää, mutta riittääkö niiden laatu ja mikä on niiden hinta-laatu-suhde? Kyse on ennen kaikkea suunnittelusta. Käytetään printtausta niissä kohteissa, joissa se on vahvimmillaan ja täydennetään mallia muilla tuotantotavoilla: syövytteillä, metallivaluilla, injektiovaluilla jne. Hybridiratkaisut tuottavat parhaimmillaan hyvälaatuisia rakennussarjoja sellaisista aiheista, joihin sarjatuotanto ei pienen kysynnän vuoksi taivu.

[Petri Sallinen]

Tässä esimerkki hyvin suunnitellusta kaupallisesta rakennussarjasta mittakaavassa 1:76. Kori ja jousipakka/laakeripoksi-yhdistelmä (=harmaat osat) on printattu hartsitulostimella. Varsipuskinten puskintuppelot ja kytkinketju on printattu sitkeämmällä akryylipohjaisella materiaalilla. Vaunun ripustukset taas on valmistettu syövyttämällä messingistä. Tällä tavalla toteutettu ripustus on siro, mutta myös kestävä. Jos sarviraudat printattaisiin, muodostuisi niistä paksut, kuten on laita massavalmistajien suosimissa ratkaisuissa. Puskinlautaset taas on sorvattu teräksestä — kestävä ja siro ratkaisu. Hybridi tuottaa monesti kustannustehokkaan lopputuloksen, joka on samalla siro ja kestävä. Itse olisin valmistanut vaunun vipujarrun syövyttämällä, jolloin siitä saisi siromman.

Mallin on suunnitellut pitkän linjan englantilainen rakennussarjasuunnittelija Bill Bedford, joka omistaa Mousa Models -nimisen yrityksen. Sarjan hinta ilman pyöräkertoja ja laakereita on 23 puntaa.

[Urpo Mustapää]

Hyvännäköisiä malleja

[John Lindroth]

Petri! kiitos mielenkiintoisesta kuvasarjasta.

[John Lindroth]

Erkille kiitos asiantuntevasta 3D raportoinnista. Itseäni kiinnostaa koska saamme mallarille hintalaatusuhteeltaan kohtuullisen koneen kotikäyttöön?

[Erkki Nuutio]

Kuten Petrin sanomista havaitsee, on 3D-tulostus kestomuovilankaa sulattelemalla (fdm) ja kertamuovia (hartsi) laservalolla kovettamalla kehittyneellekin mallintekijälle useimmiten lähinnä täydentävä menetelmä muille uusille sekä perinteisille menetelmille.
Nämä kaikki vaativat omat laitteensa, paljon käyttöharjoittelua ja ainakin jonkin verran kulutustavaraa ja laitteiden varaosia.

Pienille ja tarkoille osille valmistus (jopa Z-mittakaavassa ja pienemmässäkin) nestehartsia kovettamalla vaikutti ihannemenetelmältä laitteiden huokeuden johdosta. Mutta mukana tuli tarve hoitaa työturvallisuusasiat (hartsien syöpäriskit, ihon herkistyminen niille ym.) ja prosessin olosuhteet (lämpötilat ym.) kunnollisesti sekä ennen kaikkea harjoitella perusteellisesti sitä ja sen ohjelmistoja (niitä joilla 3D CAD-malli muunnetaan tulostettavaksi malliksi).
Paitsi pilkkomista kerroksittaiseen 3D-tulostamiseen, ohjelmilla luodaan tulostettavan mallin tueksi tiheä kannatuspalkisto, joka lopuksi poistetaan.
Valmistuksen aikaisissa kuvissa tämä palkisto näkyy. Näkyy myös, että tulostus on hyvin usein tehtävä kallistettuna (noin 45 astetta) erilaisten pintavirheiden minimoimiseksi.

Onhan menetelmä ongelmallinen: Malli syntyy kerroksittain sitä yläpuolelta kannattamalla, alituiseen sitä hartsialtaaseen laskemalla ja nostamalla ja kovettamalla kulloisenkin ohuen hartsikerroksen laservalolla.

Jos joku aikoo ryhtyä mallintekoon tällä pitkäjänteisyyttä edellyttävällä menetelmällä ja haluaa järjestää työskentelylle asialliset puitteet, kannattaa lukea ajatuksella esimerkiksi tämä pitkä sanomaketju:
https://www.rmweb.co.uk/community/index.php?/topic/152086-a-venture-into-the-unknown-elegoo-mars-3d-resin-printer/