3D-tulostuksen vaiheet suunnitelmasta valmiiksi tuotteeksi

3D-tulostuksessa virtuaalinen malli tulostetaan fyysiseksi esineeksi. Tässä blogikirjoituksessa valotamme 3D-tulostuksen eri vaiheita ja kerromme, miten kappale muuntuu suunnittelijan ideasta käyttövalmiiksi kappaleeksi.

3D-tulostuksen vaiheet

3D-tulostuksen vaiheita kuvattaessa keskitytään monesti pelkästään 3D-tulostuksen valmistustekniikkaan ja vaiheisiin sen jälkeen, kun tulostuksen pohjana oleva 3D-malli on luotu. Erityisesti teollisessa 3D-tulostuksessa tärkein vaihe valmistettavan kappaleen onnistumisen kannalta tapahtuu kuitenkin jo ennen varsinaista tulostusta. Tämän vuoksi olemme sisällyttäneet 3D-tulostuksen vaiheiden listaukseemme myös tarvekartoituksen, suunnittelun ja osa-optimoinnin eli kaiken teknistä toteutusta edeltävän työn.

  1. Lähtötilanteen ja tarpeiden kartoitus.

    Aivan aluksi yrityksen on syytä selvittää, että mitkä käytössä olevat tai tuotettavat komponentit ovat haastavia ja/tai kalliita valmistaa perinteisillä tuotantomenetelmillä. Voi vieläpä olla niin, että kyseisiä kappaleita esim. koneistamalla valmistettaessa ei ole pystytty saavuttamaan ihan niitä optimaalisimpia ja toivotuimpia muotoja – on siis jouduttu tekemään kompromisseja. Tällaiset, yleensä monimutkaisia muotoja sisältävät, kappaleet ovat erityisen hyviä kohteita 3D-tulostukselle ja juuri sellaisia kartoittamalla pystytään selvittämään todellinen tarve 3D-tulostukselle.

  2. Suunnittelu ja optimointi.

    Kun on saatu selville, että mihin tarkoitukseen 3D-tulostusta haluttaisiin käyttää, alkaa valmistettavien kappaleiden suunnittelu. Tässä vaiheessa kappaleiden muotoja käydään läpi ja tehdään kappaleesta malli 3D-tulostusta varten. Suunnitteluvaiheessa kappale voidaan myös optimoida esimerkiksi materiaalimäärän, jäykkyyden, virtaavuuden tai muun ominaisuuden osalta. Jos kappaletta on valmistettu aiemmin koneistamalla, ei 3D-tulostettaessa ole mitään syytä takertua kappaleen aiempaan muotoon, vaan kannattaa optimoinnin avulla hakea kaikista parasta mahdollista muotoa. Ei siis tehdä sellaista osaa, joka pystytään, vaan sellainen, joka halutaan. Optimointi onkin keskeinen osa 3D-tulostusta ja sen avulla pystytään saavuttamaan kappaleelle parempi hyötysuhde ja merkittäviäkin kustannussäästöjä.

    Suunnittelun lopputuloksena on 3D-malli. 3D-malli voidaan luoda joko skannaamalla haluttu kappale sellaisenaan tai mallintamalla haluttu kappale ja halutut muodot CAD-ohjelmalla. Optimointiin puolestaan on tarjolla useita erilaisia simulaatio-ohjelmia, joita käytetään riippuen mitä kappaleen ominaisuutta halutaan optimoida.

  3. Tuotanto.

    Suunnitteluvaiheessa luotu 3D-malli käännetään STL-tiedostoksi ja viedään tulostusohjelmaan. Ennen kuin 3D-mallia voidaan alkaa tulostaa 3D-tulostimilla, pitää tulostettavalle kappaleelle vielä määrittää tukirakenteet ja oikea tulostusasento. Tämä kokonaisuus sitten viipaloidaan eli määritetään kappaleen vaatimat tulostuskerrokset. Viipaloinnin myötä lopullinen tulostustiedosto on valmis ja kappaleen valmistus voidaan aloittaa. Me 3D Formtechillä käytämme 3D-tulostuksen menetelmänä lasersintrausta, jossa kappale valmistuu jauhemaista materiaalia kerros kerrokselta sulattamalla.

    Kun kappaletta lähdetään tulostamaan, kannattaa myös huomioida valmistuksen kustannustehokkuus. Samalla kertaa voidaan nimittäin tulostaa useita erilaisiakin kappaleita, jotka sijoitetaan pakkausohjelman avulla mahdollisimman tehokkaasti vierekkäin, päällekkäin tai limittäin täyttämään käytettävissä olevan tilan.

    » Katso video käytössämme olevasta Materialise Magics -ohjelmasta.

  4. Viimeistely.

    Tulostuksen jälkeen kappaleesta poistetaan tukirakenteet ja tarkistetaan, että kappaleen yksityiskohdat ja ominaisuudet ovat halutunlaiset. Joissain tilanteissa 3D-tulostetun kappaleen viimeistelyssä hyödynnetään koneistamista – näin voi olla esimerkiksi tietynlaisten tasopintojen kohdalla. Tarvittaessa 3D-tulostettu muovikappale voidaan vielä viimeistellä pinnoittamalla se vedenkestäväksi tai värjäämällä kappale. Metallikappale puolestaan voidaan koneistamisen lisäksi viimeistellä vaikkapa kuulapuhaltamalla tai kiillottamalla. Viimeistelyn jälkeen 3D-tulostettu kappale on valmis käytettäväksi.

Apua 3D-tulostuksen asiantuntijoilta

3D-tulostuksen varsinainen tekninen toteutus on itsessään melko yksinkertaista, vaikkakin se vaatii tuekseen laadukkaat laitteet. Voisikin sanoa, että 3D-tulostuksen todellinen kustannustehokkuus ja valmistettavien kappaleiden hyötysuhteen kasvu tehdään ensisijaisesti suunnittelupöydällä.

Tarvekartoitus, suunnittelu ja optimointi ovat siis niitä 3D-tulostamisen vaiheita, joihin yritysten kannattaa erityisesti panostaa. Apuna suunnitteluvaiheessa on hyvä käyttää alan asiantuntijoita, jotta 3D-tulostamisen monet mahdollisuudet tulevat varmasti huomioitua. Esimerkiksi me 3D Formtechillä neuvomme mielellämme 3D-tulostettavan kappaleen muotoilussa ja suunnittelussa.

– –
Kiinnostaisiko sinua selvittää 3D-tulostuksen mahdollisuudet juuri teidän yrityksellenne? Pyydä meidät tekemään yrityksellenne konsultointi- ja kartoituskäynti, jossa autamme löytämään liiketoimintaanne lisää tehoa tuovat 3D-tulostuksen käyttökohteet.