3D-tulostus ammatillisessa koulutuksessa

25.11.2015 3D Workshop-seminaari KeudaAsiantuntija Minna Taivassalo

InnoOmnia Oppimisratkaisut-tiimi

+ Edu3D.fi -hankeen esittely

+ 3D-mallinnuksen ja -tulostuksen ABC

+ Vapaasti valittava tutkinnon osa, 10 osp

+ Toimivia 3D-tulostuksen ympäristöjä koulutuskuntayhtymissä

Esityksen sisältö

http://tinyurl.com/20153DAM

EDU3D.fi

EDU3D.FI / 3D-tulostaminen ammatillisessa koulutuksessaVerkoston koordinaattori Henry Paananen JAO

Ammattiopisto TavastiaEtelä-Savon ammattiopistoItä-Savon koulutuskuntayhtymäJyväskylän ammattiopistoKeski-Pohjanmaan ammattiopistoKoulutuskeskus SalpausKoulutuskeskus SeduKouvolan aikuiskoulutuskeskusLapin ammattiopistoOmnia, Espoon seudun koulutuskuntayhtymäOulun seudun ammattiopisto

Pohjois-Karjalan ammattiopistoPohjoisen Keski-Suomen ammattiopistoSaimaan ammattiopisto SampoSastamalan koulutuskuntayhtymäSatakunnan koulutuskuntayhtymäVaasan ammattiopistoVantaan ammattiopisto Varia

3D-mallinnuksen ja -tulostuksen - ABCPaananen ja Taivassalo 2015

Mitä on 3D-mallinnus ja tulostaminen, mitä se on ja mitä se mahdollistaa?

Kirjaa ajatuksiasi padletillehttp://padlet.com/innoomnia/3Dmallinnusjatulostus

Paananen ja Taivassalo 2015

Mitä se on?3-ulotteinen (3D) tulostaminen on oikeastaan yksi pikavalmistuksen teknologia, jossa materiaalia liitetään toisiinsa kerros kerrokselta muodostaen 3D-datasta reaalimaailman objektin. 3D-malli on yleensä luotu 3D-mallinnusohjelmassa tai 3D-skannerilla. Tätä teknologiaa on käytetty jo kolmen vuosikymmenen ajan ja pikavalmistuksen suurin käyttökohde on ollut prototypoinnissa.

Esimerkiksi arkkitehti on voinut 3D-tulostaa rakennuksen tai auton suunnittelussa on voitu tulostaa auton varaosa jatkokehittelyä varten. Viime vuosina avoimen lähdekoodin projekteina startanneet 3D-tulostinprojektit ovat saaneet suosiota myös oppilaitoksissa. Näissä tekniikka on käytetty materiaalia extruusiota (pursotusta, FDM).

3D-tulostuksen vaikutukset tulevaisuuden ennusteiden mukaan ovat suuret; 3D-tulostaminen tulee mullistamaan liiketoimintamalleja ja tuomaan valmistusta halpatuotantomaista takaisin lähemmäksi kuluttajia (Rayna & Striukova, 2015; FIRPA, 2014; Lehtinen 2014)

Lähteet: Rayna, T. Striukova, L. 2015. From rapid prototyping to home fabrication: How 3D printing is changing business model innovation. University College London. Technological Forecasting & Social Change (2015) TFS-18290., Lehtinen, K. 2014. Fabrication additive ou Impression 3D Aperçus sur une variation terminographique. Materiaalia lisäävä valmistus vai 3D tulostus. Muuttuva termistö. Turun yliopisto., Finnish Rapid Prototyping Association (FIRPA), 2014. Viitattu 25.9.2015 Saatavilla www-muodossa http://www.firpa.fi/html/sanasto_html.html

Mitä? - 3D-tulostuksessa on kysymys valmistamisesta, jossa

periaatteena kerros, kerrokselta valmistaminen

- Materiaalia lisäävä valmistusteknologia (tunnetaan termeillä additive manufacturing/3D Printing)

- Firpa (Suomen pikavalmistusyhdistys) suosittelee virallisesti käytettäväksi esim. tutkimuksissa termiä materiaalia lisäävä valmistusteknologia (muutoin 3D-tulostus) Paananen ja Taivassalo 2015

3D-tulostaminen ja oppiminenKostakis, Niaros ja Giotitsas (2015) tutkivat kahta toisen asteen oppilaitosta kolmen kuukauden 3D-tulostusopintojakson ajan. Tutkijat kehittivät oman opetusskenaarion, joka pohjautui Papertin jatkojalostamaan oppimisteoriaan, konstruktionismiin. (Papert, 1993, 1997) Opiskelijat suunnittelivat ja toteuttivat sokeille jonkin 3D-tulostetun objektin. Opiskeluprosessi jaettiin neljään osaan:

1. Teorian opiskeluun ja demonstraatioon2. Tuotteen suunnittelu ja mallintaminen 3D-mallinnusohjelmalla3. Tuotteen tulostaminen4. Opitun reflektointi kirjoittamalla ja keskustelemalla

Johtopäätöksissä todetaan, että opiskelijat innostuivat opiskelusta enemmän kuin perinteisellä tavalla opetettaessa ja käyttivät myös omaa vapaa-aikaansa projektien parissa. Puolet opiskelijoista ei ollut kuullutkaan aiemmin 3D-tulostamisesta ja heidän ajatusmaailmansa laajeni uuden valmistusmenetelmän myötä. Haasteena projektissa olivat opiskelijoiden eritasoiset tekniset valmiudet, mutta projektityö koettiin kuitenkin motivoivammaksi tavaksi opiskella. (Kostakis ym, 2015)

Lähde: Kostakis. Niaros. Giotitsas. (2015) Open Source 3D printing as a means of learning: An educational experiment in two high schoold in Greece. Tallinn University of Technology. Telematics and Informatics 32 (2015) 118-128., Papert, S. 1993. The children’s machine: Rethinking schoold in the age of computer. Basic Books, New York., Papert, S. 1997. Why school reform is impossible. J. Learn. Sci. 6 (4) 417-427.

Näkökulmia 3D-tulostuksen opetukseen ja koulutukseen

Heidi Piili, Lappeenrannan teknillinen yliopisto http://www.doria.fi/handle/10024/116094

“Opetuksen rooli tällaisen uuden teknologian implementoinnissa on äärettömän tärkeä, sillä lisäävä valmistus tarjoaa suuren määrän mahdollisuuksia suunnitella uusia tuotteita, tuotantotapoja ja liiketoimintamalleja.

3D-tulostuksen opetuksen suunnittelu ja laatiminen on hyvin haastavaa, sillä ala kehittyy nopeasti eteenpäin. Kirjallisuutta on niukasti tarjolla ja julkaisut vanhenevat hyvin nopeasti.

3D-tulostuksen opetus vaatiikin opettajalta paitsi sirpaleisen tiedon keräämistä useista eri lähteistä, myös jatkuvasti alan seuraamista sekä myös opetusmateriaalin säännöllistä uusimista. “

3D-tulostustekniikoitaUseita tekniikoita ja niissä voidaan käyttötarkoitus huomioiden käyttää monia eri materiaaleja.

Nesteestä kovettavat Kovettaa esim UV-valolla http://www.wired.co.uk/magazine/archive/2015/09/start/uv-3d-printer-disrupting-3d-printing

Sulasta jähmettävät (pursotus, extruusio)FDM-tekniikka eli pursotustekniikka (Fused Deposition Method) on yleisimmin käytetty ja tunnetuin. Tulostusmateriaaleja ovat esim. PLA- tai ABS-lanka tai erilaiset sekoituksetFDM-menetelmä perustuu termoplastisen raaka-aineen, kuten muovin tai vahan pursottamiseen ohuena nauhana kerroksittain työtasolle. Laitteen tulostuspää sulattaa käytettävän materiaalin ja ohjaa sen oikeaan kohtaan.

Pulverista sintraavatLasersintrauksessa 3D-tulostuksen menetelmänä käytetään SLS, DMLS, -tekniikkaa (selective laser sintering) eli lasersintrausta.Materiaaleina käytetään sekä metalleja että muoveja. Laitevalmistajia ovat esim. EOS, 3DSystems, Solidconcept

Levystä leikkaavatMcorin 3D-tulostimen materiaalina on paperi ja tulostimen erikoisuutena on täysväritulosteet. Ks. linkki

https://www.youtube.com/watch?v=bnn-ACoMw4w Lähde J. Lohilahi

Erilaisia tulostusmateriaaleja

- PLA ja ABS sekä muut muovit

- nailonsekoitteet

- puusekoitteet

- metallit

- kipsi (myös värit)

- betoni, sokeri jne

Paananen ja Taivassalo 2015

Kuva Kuisma Peura Kpedu

Käyttökohteita- Mallikappaleet/prototyypit- Komponenttien valmistus - lopputuotteisiin- 3D-design –tuotteet (tuotteet, joita ei ole

ennen voitu valmistaa)

Paananen ja Taivassalo 2015

Missä hyödynnettävissä HS.fin artikkeleita

http://www.hs.fi/aihe/3dtulostus/

Tärkeää erottaa toisistaan

Paananen ja Taivassalo 2015

3D-tulostuksen vaiheet

3D-mallintaminen

3D-skannaus

3D-tulostaminen Jälkikäsittely

Paananen ja Taivassalo 2015

Taivassalo 2014

3D-mallinnus- ja tulostuspiste

https://www.thinglink.com/scene/703508423563542530 Taivassalo 2015

Valmiita malleja mallikirjastoista Thingiverse

https://www.thingiverse.com/

Grabcad

https://grabcad.com/library

Näin lataan mallin

mallikirjastosta

https://www.youtube.com/watch?v=u175XTgcv9U&index=5&list=PLawaxnFUcU3JH0lPxESsr75DuitJ6H36L

Paananen ja Taivassalo 2015

A Alkeet - Mallintamisen idea haltuun. MaksutonTinkerCad (pc-versio)

https://www.tinkercad.com/ ,

jossa valmiita muotoja, joita voi muokata.

123D Design (iPad-versio)

Sculptris

Ennen kappaleen tulostusta tarkista

kappale C-ryhmän ohjelmistoilla.Paananen ja Taivassalo 2015

3D-mallinnusohjelmistoja B Uuden oman mallin luominen esim. avaimenperä. MaksutonTinkerCad pc-versio

https://www.tinkercad.com/ Ennen

kappaleen tulostusta tarkista kappale C-

ryhmän ohjelmistoilla.

Blender https://www.blender.org/

Ilmaisohjelmistoista ehkä eniten käytetyin ja

monipuolisin

Autodesk Inventor http://www.autodesk.fi/

Dino http://www.dino3d.org/intro.php

Sketchup Make http://www.sketchup.com/

(myös maksullinen)

3D-mallinnusohjelmistoja

Maksulliset

Spaceclaim http://www.spaceclaim.com/en/default.aspx

http://www.3d-tulostus.fi/spaceclaim

SketchUp Pro http://www.sketchup.com/ http://www.3d-tulostus.fi/sketchup

Solidworks

http://www.aipworks.fi/solidworks_standard_professional_premium?gclid=CJWoh6Hh3McCFcr2cgodxaYB7Q

Rhinoceros

http://www.an-cadsolutions.fi/tuote-osasto/3d-mallinnus/rhino-ja-sovellukset/?gclid=CI3_0evg3McCFYsLcwodxOoAIA

ZBrush http://pixologic.com/zbrush/features/overview/ (Taiteelliselle puolelle

soveltuvalta, muotojen muotoilu)

Autodesk 3DS Max http://www.autodesk.fi/products/3ds-max/overview

Paananen ja Taivassalo 2015

C Mallien muokkaus- ja tarkistusohjelmat sekä tiedoston muuttaminen tulostettavaan muotoonMaksuton

Netfabb, myös maksullinen Netfabb Pro-versio (obj-tiedosto -> stl-muotoon)

Meshlab toimii pc:llä maksuton http://meshlab.sourceforge.net/

Meshmixer http://www.meshmixer.com/ stl-tiedostojen muokkaamiseen ja tukirakenteiden muodostamiseen

Maksullinen

www.spaceclaim.com http://www.3d-tulostus.fi/spaceclaim Konepuolelle hyvä, jos on paljon asiakastöitä - paras

softa tiedostojen muokkaamiseen, jos se on jonkun muun tekemä, muuttaa 2D-piirustukset 3D-malliksi

Descartes http://www.heise.de/download/descartes3d-1113768.html Soveltuu hyvin ammattimaiseen

kappaleiden tarkistamiseen ja korjaukseen.

D Skannaamalla kappale Esim. 123D catch http://www.123dapp.com/catch (Kappaleesta otetuista kuvista muodostetaan 3D-malli,

ladattavissa Android- ja IOS-puhelimiin), voidaan ladata tiedosto pc:lle. Opetuskäytössä ilmainen.

Paananen ja Taivassalo 2015

3D-skannaus• 3D-skanneri on ”kolmiulotteisen

kuvan tuottava digikamera”

• Lähettää valoa tai säteilyä kohti skannattavaa kappaletta ja havaitsee sen takaisin heijastuman

• Tallentaa tiedon pistepilvenä, joka vastaa skannatun kappaleen pinnanmuotoja

28.9.2015 ©Eetu Siitonen, ProSolve 2015

3D-Skannerit• Laserskannerit

• Strukturoidun valon skannerit

• Optisen kolmiomittauksen skannerit

©Eetu Siitonen, ProSolve 2015

Mitä voidaan skannata?• Käytännössä mitä vaan!• Kappaleen koko ei ole este, jokaiseen

tarkoitukseen löytyy oma skanneri• Skannerien tarkkuudet 0,01mm-2mm• Haastavia skannattavia

– Heijastava, kirkkaat, läpinäkyvät ja huokoiset pinnat

– Mustat pinnat©Eetu Siitonen, ProSolve 2015

28.9.2015 ©Eetu Siitonen, ProSolve 2015

Mihin käytetään?

28.9.2015

• Reverse engineering (”kopiointi”)• Suunnitteluympäristön digitointi

– Kappaleet– Tuotantotilat– Maasto

• Mittojen/työvarojen varmistus

©Eetu Siitonen, ProSolve 2015

1. Skannattavan kohteen valmistelu2. 3D-skannaus3. Jälkikäsittely

i. Skannauksien rekisteröintiii. Skannausdatan filtteröinti iii. Skannattu data on pistepilvenä tai MESH-tiedostona

4. Skannatun mallin jatkojalostus• Mittaukset• Mallinnus• Tulostus

3D-Skannaus

28.9.2015 ©Eetu Siitonen, ProSolve 2015

Jälkikäsittely

3D-tulostus on helppoa kun sen osaa

- oikeat asetukset

- kappaleen kiinnittäminen tulostusalustaan /liima-aine

- kappaleen tulostusasento, tukiaine

- lämpötilat kohdalleen

- langan paksuus vs. koneen asetukset

- kappaleen oikea koko

- tulostusalusta oikeallekorkeudelle

Katso video laadukas 3D-tulostaminen

https://www.youtube.com/watch?t=1&v=om2W5bvPTQA

Paananen ja Taivassalo 2015

Jälkikäsittelyä

XTC-aine sivellään 3D-tulostetun kappaleen pintaan

Katso video 3D-tulosteen jälkikäsittely https://www.youtube.com/watch?v=0LtymftuiUo

Luonnonvara-ala/hevosala

“Skannuksella ja 3D-mallinnuksella ja -tulostuksella uusia mahdollisuuksia hevosen kengittämiseen. Hevosten kengät muokataan yksilöllisesti hevosen jokaiseen jalkaan. 3D-mallinnus- ja tulostus voisi tuoda takomiseen verrattuna etua täydellisessä sopivuudessa ja mahdollisuuksia myös keveiden materiaalien, kuten muovien käyttöön. Toistaiseksi tällaisia kokeiluja ei ole tietääkseni Suomessa tehty, mutta ulkomailla, ainakin Australiassa on.”

Lähde Irina Keinänen Hevosopisto

Sosiaali- ja terveysalaSuurin potentiaali monialaisessa yhteistyössä sekälääketieteessä, jossa sovelluskohteista:1. Lääketieteelliset mallinnukset leikkauksia

varten

2. Potilaaseen asetettavat implantit, esim.

Kallolevyt, silmänpohja -> räätälöinti

3. Työkalut ja instrumentit esim. leukapihdit

4. Proteesit ja tuet potilaan ulkopuolella

5. Kudosten printtaus,

Esim. kokemuksia sian verkkokalvon tulos-

tuksesta

6. Syömmekö jatkossa 3D -tulostettuja personoituja pillereitä, joihin on puristettu juuri meidän tarvitsemamme lääkeaineet?

Kuva www.robohand.net

Paananen ja Taivassalo 2015

Marata-ala

Tampereelle avataan ensi viikolla Pohjoismaiden ensimmäinen 3D-tulostuskahvila. Muovitulostinten lisäksi kahvila aikoo hankkia sokeritulostimen.

http://tampere.lecool.com/event/3d-crush-cafe/

Maailmalla kakun päällyskoristeluita tehdään sokeritulostimella tulostaen

Lähde: 3D Crush CaféPaananen ja Taivassalo 2015

Marata

Yrittäjyys/liiketalous

Yrittäjyyden opinnoissa kynttilöitä ja saippuoita valmistavat yritykset ovat tulostaneet itselleen omat muotit joiden avulla ovat valmistaneet tuotteita.

Värilliset kipsitulosteet/patsaat

Yrittäjyys/liiketalous

Tieto- ja tietoliikennetekniikka

- oman 3D-tulostimen tulostaminen ja valmistelu käyttökuntoon

- RC-autoja ja 3D-tulostimien tulostusta opiskelijatyönä tai http://bit.ly/1OYAmXi

Lisätietoja Olli Haikarainen Ammattiopisto Varia ja http://www.elwis.fi/

Kuva Olli Haikarainen http://www.elwis.fi/

Tietojenkäsittely sekä tieto- ja tietoliikennetekniikka- Opiskelijoiden digituki ja yhteistyö kirjaston työpajojen kanssa

esim. Kouvolan Aikuiskoulutuskeskus Mobiiliklikkapavelu ja kirjaston Mediamajan 3Dklinikka

- Taskulamppu-case Kpedu

Kuva Kuisma Peura Kpedu

Rakennusala ja talotekniikka sekä kone- ja metalli

- kiinnikkeet, koukut, muotit

- 3-ulotteiset piirustukset

- laitteiden varaosat

- koneistojen sovitusosat - valtava aika säästö, voidaan testata sopivuutta ennen varsinaista kappaleen valmistusta

Metallituotteiden tulostus http://bit.ly/1VEb7xT Toni Järvitalo 3D Formtech Oy

Talojen tulostus: Automated Construction: Behrokh Khoshnevis https://www.youtube.com/watch?v=JdbJP8Gxqog

- Napit

- Body-skannaus

Vaatetus

Kuvat Kuisma Peura KPEDU

3D-tulostuksen käyttöönotto on laaja, koko yrityksen liiketoimintaa koskeva päätös. Menetelmällä voi toteuttaa ennen kokonaan mahdottomiksi luultuja tuoteominaisuuksia. Samalla tuotannon voi hajauttaa lähelle asiakkaita sekä toteuttaa asiakaskohtaiset nopeat toimitukset ja kestävän kehityksen kannalta aidosti nykyistä parempia ratkaisuja.

Tärkein 3d-tulostusalan trendi on komponenttien valmistus lopputuotteisiin. Esimerkiksi Boeing on julkaissut suunnitelman pudottaa lentomoottorin paino alle puoleen soveltamalla tuotannossa 3d-tulostusta. Jo nyt uusimmissa lentokoneissa on komponentteja, joiden ainoa mahdollinen tuotantomenetelmä on 3d-tulostus.

Suora lainaus: Jukka Tuomi 18.2.2013

Tekniikan lisensiaatti, tutkimuspäällikkö, Aalto-yliopisto &

puheenjohtaja, Suomen pikavalmistusyhdistys (Firpa)

Lue koko artikkeli linkistä http://www.ilonait.fi/web/2015/07/12/3d-tulostus-oppilaitos-yhteistyo/

3D-tulostuksesta uusia yhteistyömalleja oppilaitoksille?

Verkostoja ja yhteisöjä sekä linkkejäEDU3D.fi - 3D-tulostus ammatillisessa koulutuksessa https://www.facebook.com/groups/edu3dfi/

3D-tulostaminen https://www.facebook.com/groups/391947880926791/Pursotin klubi https://www.facebook.com/groups/pursotinklubi/

Verkkosivusto www.edu3d.fi

Leaders Of The 3D Printing Revolutionhttps://www.youtube.com/watch?v=IS4Xw8f9LCcMake Your Own Products with 3D Printinghttps://www.youtube.com/watch?v=D3OfjYlXUCUTalojen tulostus: Automated Construction: Behrokh Khoshnevis https://www.youtube.com/watch?v=JdbJP8Gxqog

Vapaasti valittava tutkinnon osa, 10 osp

Vapaasti valittavan tutkinnon osan ammattitaitovaatimukset, tavoitteet ja

arviointikriteerit

Materiaalia lisäävän valmistusmenetelmän perusosaaminen(3D-mallinnus- ja -tulostusperusosaaminen) // 10 osp https://docs.google.com/document/d/1m1izEQls_Nyz1wBGavdgN0UIAGS7Y6a01nmCUJba2iU/edit?usp=sharing

Materiaalia lisäävän valmistusmenetelmän perusosaaminen (3D-mallinnus- ja tulostusperusosaaminen) // 10 ospAmmattitaitovaatimukset

Opiskelija tai tutkinnon suorittaja osaa:

o toimia työturvallisuusohjeiden mukaisestio suunnitella omalle alalle soveltuvia tuotteitao hyödyntää käyttökohteeseen soveltuvia 3D-mallinnusmenetelmiäo hyödyntää käyttökohteeseen soveltuvia 3D-tulostusmenetelmiä (materiaalia lisäävä valmistus)o valita oikean tulostusmateriaalino asettaa 3D-tulostimen käyttökuntoon ja tulostaa kappaleen 3D-tulostimellao arvioida tuotteen laadun ja vastaavuuden asiakkaan tarpeisiino viimeistellä tuotteen materiaalin ja käyttökohteen mukaisestio huoltaa 3D-tulostinta ja ratkaista ongelmatilanteitao lajitella ja kierrättää hukkamateriaalin sekä ylläpitää siisteyttä ja järjestystä

Toimivia 3D-tulostuksen ympäristöjä koulutuskuntayhtymissä

Jani Peltola ja Timo Töyrylä Aikuiskoulutuskeskus Kouvola3D-mallinnuksen ja -tulostuksen toimivia oppilaitoskäytäntöjä sekä caset: autoala ja rakennusala sekä motivoituneet NAO-datanomit Mediamaja/Kouvolan kirjastot https://omnia.adobeconnect.com/_a1093446825/p8u0v690xw4/

Lapin ammattiopisto ja AMK RovaniemiLisätietoja Heidi Hoikkala ja Tarmo Aittaniemi

Puuosasto / skannaustekniikka ja mallin jälkikäsittely 3D-tulostusympäristöVahva yritysyhteistyö, prototyypit

3D-skannattuja ympäristöjä - Kemijoki Oy:lletoteutettu reaaliaikasimulaatio Kairalan kylästä

Kuvat Rovaniemi Minna Taivassalo 2015

3D-mallinnus- ja tulostuspisteet Omniassa

https://www.thinglink.com/scene/703508423563542530 Taivassalo 2015

Mitä tehty? https://youtu.be/jBbKa__AY64

Koulutuskeskus Salpaus

Edu3D-osaprojekti

Case suunnitteluassistentithttps://drive.google.com/file/d/0B-DI-jnRWkyqMXVwUE82bHFQVUU/view?usp=sharing