3D-tulostuksella merkittäviä etuja ja mahdollisuuksia perinteisiin valmistusmenetelmiin nähden

Materiaalia lisäävällä valmistuksella, joka on yleisemmin tunnettu 3D-tulostuksena, on merkittäviä etuja ja mahdollisuuksia perinteisiin valmistusmenetelmiin nähden. 3D-tulostus mahdollistaa monimutkaisten ja räätälöityjen rakenteiden valmistamisen poikkeuksellisella tarkkuudella ja nopeudella. Esimerkkejä eduista perinteisiin valmistusmenetelmiin verrattuna ovat nopea prototyyppien valmistus, mikä sallii nopeat iteraatiokierrokset tuotteiden suunnitteluvaiheessa sekä kustannustehokkaan varaosatuotannon, erinomainen suunnittelun vapaus muotoilulle ja rakenteen ominaisuuksien tarkka räätälöitävyys. 3D-tulostus mahdollistaa myös paikallisesti toteutetun tuotannon vähentäen jätettä ja logistisia haasteita. Nämä ovat merkittäviä hyötyjä useilla teollisuudenaloilla, kuten biolääketieteessä, ilmailu-, autoteollisuudessa sekä puolustusteollisuudessa.

Kun sovelletaan lisääntynyttä valmistusta muoviosille ja -tuotteille, materiaalien lämpötilakäyttäytymisen, eli termisten ominaisuuksien ymmärtäminen ja hallinta ovat avainasemassa onnistuneiden tulosten saavuttamiseksi. Lämpötilan tarkka säätö tulostusprosessin aikana vaikuttaa merkittävästi lopputuotteen materiaaliominaisuuksiin, rakenteelliseen koossapysyvyyteen ja yleiseen tulostuslaatuun. Lämpötilojen onnistunut kontrollointi estää tulostuksen ongelmia, kuten kappaleiden vääntyilemistä ja kiinnipysyvyyden ongelmia eri tulostuskerrosten välillä. Lisäksi polymeerit toimivat kanto- tai sideaineena keraamisten tuotteiden tulostuksessa. Keraamiset tuotteet lämpökäsitellään tulostuksen jälkeen sideaineen poistamiseksi ja materiaalin sintraamiseksi ja tiivistämiseksi. Tulostettujen materiaalien lämpötilakäyttäytymisen ja termisten ominaisuuksien ymmärtäminen karakterisointi ovat siis hyvin tärkeä 3D-tulostuksen osa-alue.

Suomen termisen analyysin ja kalorimetrian yhdistys FinTAC ry järjestää seminaarin termoanalyyttisten menetelmien sovelluksista 3D-tulostuksessa Kemian Päivillä 10. huhtikuuta 2024 Messukeskuksessa. Seminaarissa esitellään erilaisia materiaalia lisäävän valmistuksen menetelmiä ja sovelluksia. Martin Lennox Aalto-yliopistosta keskittyy binder-jetting -menetelmällä tulostettujen kappaleiden termisiin ominaisuuksiin. Tampereen yliopiston Nonna Nurmi jatkaa samaa teemaa valopolymeroitujen tulostettujen osien jälkikäsittelystä ylikriittisellä hiilidioksidiuutolla. Professori Minna Kellomäki käsittelee lääketieteellistä ainetta lisäävää valmistusta puheenvuorossaan lämpötilan vaikutuksesta ristisilloitukseen ja hydrogeelien ja hydrogeelikomposiittien biotulostuksessa. Näissä sovelluksissa, joissa pehmeitä hydrogeelejä tulostetaan yhdessä solujen kanssa, haasteina ovat materiaalin ominaisuuksien hallinta tulostuksen aikana sekä solujen hengissä pitäminen koko prosessin ajan. Lopuksi Puolustusvoimien tutkimuslaitoksen Satu Mustalahden esityksessä käsitellään täysin erilaista sovellusaluetta, nimittäin ainetta lisäävän valmistusteknologioiden soveltuvuutta räjähteisiin ja sitä mahdollistaviin materiaalikehitystarpeisiin.

Teksti: Essi Sarlin, FinTAC ry / Tenure track -professori, Tampereen yliopisto