Biopohjainen 3D-tulostus

3D-tulostaminen ja tulostusmateriaalit ovat olleet esillä hankkeen eri vaiheissa. Alkumetreillä teimme yritysvierailun Formtech Oy:n, mikä avasi konkreettisesti silmät 3D-tulostamisen mahdollisuuksiin. Yritys toimii Jyväskylässä ja tarjoaa huippulaatuista tulostusta, ja siihen liittyviä oheispalveluja teollisuuden ja yritysten tarpeisiin. Tulostusmateriaaleina voivat olla joko muovi tai metalli.

Yritysvierrailu Formtech Oy:n.

3D-tulostusta hyödynnetään mm. prototyyppien mallinnuksessa, piensarjojen valmistuksessa, varaosien tulostamisessa ja erilaisten näköismallien tulostamisessa sekä valumuottien mallinnuksessa. Tulostamalla voidaan valmistaa sopiva määrä tuotteita kuten esim. varaosia tarpeen mukaan. Näköismalleja hyödynnetään puolestaan tuotesuunnittelussa, tuotteiden markkinoinnissa ja tuotteen osien hahmottamisessa.

Tulostamisessa hyödynnettävät filamentit ovat kehittyneet ja monipuolistuneet nopeasti. Hankkeen tiimoilta kiinnostavimpia ovat olleet biopohjaiset PLA-filamentit sekä metalli- ja puupurua sisältävät filamentit. PLA:ta (polyaktidi) valmistetaan sekä maissitärkkelyksestä että sokerijuurikkaasta. Filamenttejä on saatavilla eri värisinä ja tavarantoimittajia on paljon, joten tiedon etsimiseen ja filamenttien vertailuun meni melko paljon aikaa.

Hankkeen edetessä luovan alan opiskelijat osallistuivat 3D-esittelyihin ja työpajoihin. 3D-esittelyt toteutettiin tietoiskumaisesti. Esillä oli mm. erilaisia filamentteja, tulostuskokeiluja ja tulostin. Työpajoissa opiskelijat pääsivät tulostamaan erilaisia pientuotteita kuten leimasimia, suojaimia, valumuottimalleja tai kokeilivat tulostusta valmiiden mallitiedostojen avulla, joita on saatavilla usean eri kanavan kautta netistä.

Tulostuskokeiluja ja 3D-tulostuksen esittelyä.

Omien mallien suunnittelu edellyttää 3D-mallinusohjelmien hallintaa, ja tiedostojen muokkaamista siten, että ne ovat tulostettavissa. Esittelyistä ja työpajoista vastasi tekniikan alan lehtori Jussi Ahonen, joka koosti lopuksi upean, 3D-tulostamista esittelevän aineiston. Pääset tutustumaan siihen täällä.

Myös tulosteiden värjäytyvyyttä ja lämpömuovautuvuutta, sekä tulostettavuutta ja lämpökiinnitettävyyttä puuvillakankaalle kokeiltiin. Kokeilujen perusteella lämpötila ja käsittelyn kesto vaikuttivat ratkaisevasti tulosteen kiinnittyvyyteen, kestävyyteen ja muotoon. Optimaalisen lopputuloksen saavuttaminen edellyttääkin runsaasti kokeiluja.

Tulosteiden värjäyskokeiluja.

Seppo Halonen kokeili 3D-tulostusta mm. valumuotin mallinnukseen. Tulostusmallin avulla voitiin määrittää korulle sopiva koko ja muoto. Tulostusmallin avulla voitiin valaa sopivan kokoinen muotti. Sebastian Lehtonen puolestaan mallinsi mukin, ja tulosti siitä useita koeversioita. Hän innostui aiheesta, koska oli kuullut, että joku opiskelijoista oli tulostanut 3D-kahvikupin aiemmin, ja halusi kokeilla sitä heti, kun siihen tuli mahdollisuus. Väri-ideat tulivat metallialan opettajalta, joka ehdotti tulostamaan mukit eri värisinä, kertoo Sebastian.

3D-mukeja, Sebastian Lehtonen.

Vaatetusalan opiskelija kokeilivat Jussi Ahosen avustuksella mm. yksityiskohtien variointia ja tulostamista. Piensarjan tulostamisesta syntyi näyttävä, sulka-aiheinen koristekuvio, joka kiinnitettiin asukokonaisuuteen. Myös erilaisia tukirakenteita ja nappeja tulostettiin. Tukirakenteiden etuna on se, että ne ovat kevyitä, päällystettävissä ja kiinnitettävissä suht´ helposti asuun. Niillä voidaan luoda yksityiskohtia vaikkapa esiintymisasuihin.

Asukokonaisuuden tukirakenteita.

Taideteollisuusalan lehtori Tanno Tamminen innostui metallin 3D-tulostusmahdollisuuksista, ja jatkoi em. vierailun jälkeen yhteistyötä Formatech Oy:n kanssa. Metallia on tulostettu pääasiallisesti erilaisiksi malleiksi, koska materiaalin laatu ei ollut riittävä ”oikeiden” metallikappaleiden valmistukseen. Yhteistyön tuloksena syntyi kokeilu, jossa työkaluteräksestä (maraging) tulostettiin metsästyspuukon terä, jonka kovuus vastaa 57 HRC:tä. Yksityskohtaisemmat tiedot kokeilusta löytyvät kirjasta Puukkoseppä (Mehtonen, Tamminen, Turtiainen, 2019, Opetushallitus).

Metsästyspuukko, ja työkaluteräksestä tulostettu terä.

Kokeilujen myötä useat opiskelijat nostivat esiin kysymyksen siitä, että mitä tulosteella tapahtuu sen jälkeen, kun sitä ei enää tarvita: onko materiaali biohajoavaa, ja maatuuko se oikeasti? PLA:ta käytetään yleisemmin mm. pakkaus-, kertakäyttö- ja kuluttajatuotteissa kuten kertakäyttökupeissa, take away -rasioissa ja -kansissa. Suomen ympäristökeskus (SYKE) selvitti biohajoavien ja biopohjaisten materiaalien hajoamista Itämeren meriympäristössä. Tutkimuksen mukaan biohajoava kalvomateriaali PLA, ei hajonnut vuoden aikana meressä juuri lainkaan, mutta esim. teollisesti toteutetuissa korkeissa kompostilämpötiloissa, mikrobien toimesta materiaali hajoaa hyvin. Lisätietoja aiheesta löytyy Yle Uutisten 14.11.2019 julkaisemasta artikkelista.

Teksti Sirpa Vauhkala, kuvat Jussi Ahonen, Sirpa Sergejeff, Sirpa Vauhkala