3D-tulostus ammatillisessa käytössäRisto Linturi

Teolliset vallankumouksetRifkin & al., endorsed by European Parliament in 2007

1. vallankumous – painokoneet ja laaja lukutaito höyrykoneiden avulla, höyryvoimalla toimiva joukkoliikenne ja teollinen tuotanto

2. vallankumous – sähköinen viestintä, öljypohjaiset koneet, sarjatuotanto, esim. Fordin T-Malli, ihmisten ja tavaran mobilisaatio.

3. vallankumous – uusiutuva energia, kasvava hajautettu sähkövoiman tuotanto/varastointi/käyttö sekä pikavalmistuksen/3D-tulostuksen avulla paikalliseksi hajautettu ja yksilöllistetty tuotanto

http://en.wikipedia.org/wiki/The_Third_Industrial_Revolution

http://www.worldfinancialreview.com/?p=1547

KäyttötarkoituksetMallit ja koristeetPrototyypitPienet sarjatYksilölliset käyttöesineetLääketiedeKorjausosat ja tarvikkeetTyökalut ja ohjaimetValumuotit ja mallitKokeilu ja opetus

Esimerkki: uudentyyppiset tuotteet

• Valmistus pikavalmistuslaitteella• Kuvan latausteline ja kuori kaupassa

hintaan 37E + 20E• Keittiön pöydälle sopiva 10K-euron

laitteisto voi valmistaa 5.000 kpl iPhonekuoria kuukaudessa, materiaalikustannus 2.000E

• Kuoret voivat olla yksilöllisesti nimikoituja, kuvioituja ja värjättyjä – esim. pöytäliinan mukaan

• Tuomarinpillejä voisi omakotitalossa valmistaa 10 KE investoinnilla noin puoli miljoonaa kappaletta vuodessa. Kauppahinta nyt 5 e/kpl.

Jotta tuote voisi olla edullinen, tulee tuotantokoneen olla nopea tai halpa!• Edulliset 3D-tulostimet järkeviä tuotteiden

valmistukseen, jos valmistusmäärät ja tuoteominaisuudet sopivia

• Huomattavaa: muovimuotin kustannus helposti 10KE. Jos sarjan koko on esim. tuhat kappaletta, muotin kustannus kappaletta kohden jo 10E.

• Edullisen 3D-tulostimen tuloste saadaan jälkikäsittelyllä viimeistellyksi

• Tuomarinpillin pääomakustannus pilliä kohden noin kaksi sentttiä, materiaali 2-20 senttiä riippuen siitä, tehdäänkö lanka itse

• Yksi käyttäjä hoitaa 20-40 konetta!

Uudentyyppinen t&k-prosessi, esim

• Crowd sourcing• verkon käyttäjät voivat esitellä

tuotteiden 3D-malleja asiakkaiden äänestettäväksi tai tilattavaksi

• Crowd sourcing hankala, jos käyttäjillä ei ole omia tulostimia

• Verkossa useita hankkeita, joissa ryhmä kehittää yhteistä laitetta, esimerkiksi kaappikelloa

Kotitulostus, koulut, kirjastot, tutkimus

• Valmiiden mallien tulostus• Harrasteet, oma mallinnus• Oppiminen / koulut, kirjastot• Kokeilut, kehittäminen modifiointi• materiaalit• laiterakenteet• ohjelmistot

3D-tulostuksen hyödyt kiteytettynä

1. Kokoonpanotyötä ei tarvita, monimutkaisuus ei lisää kustannuksia

2. Ainetta ei kulu tarpeettomasti

3. Valmistus voi olla yksilöllistä

4. Kappaleiden geometria voi olla vapaa työstökoneiden rajoituksista

5. Logistiikkakustannuksia ja varastointikustannuksia ei ole

6. Minkä tahansa tulosteen voi käynnistää välittömästi

7. Valmistustaitoa ei tarvita (yhtä paljon kuin perinteisillä menetelmillä)

8. Laitteistot ovat pienikokoisia ja siirrettäviä

9. Valmistusmateriaalien kirjo on runsas

10. Toistettavuus ja kopioitavuus on erinomainen

Verkossa jo tuhansittain valmiita malleja Tässä kamerakuvista tuotettu 3D-malli• Autodeskin 123D Catch – maksuton pilvipalvelu• Kuvataan 20-60 valokuvaa kappaleen eri puolilta• Lähetetään valokuvat maksuttomaan palveluun• Vastaanotetaan valmis 3D-malli• jatkomuokkaus muissa ohjelmissa

Ohjelmistot: aloitteluun maksuttomiakinerinomaisia CAD- ja 3D-muotoilusovelluksia

Soveltuvuus perusopetukseen ja lukioon- edullisimmat koneet soveltuvia, joitakin rajoitteita

• Yhteistyötaidot• Yrittäjyyskasvatus• Taidekasvatus• Teknologiakasvatus• Kulttuurihistoria• Maantiede• Matematiikka• Fysiikka• Kemia?

• Mallien etsintä ja tuottaminen alkuopastuksen jälkeen itsenäistä ainakin jo 10 vuotiaista alkaen

• Valmiin mallin tulostus sujuu helpoimmin, jos alussa on valvova "mestari" joka tarkistaa asetukset ja käynnistää tulostuksen

• Innostuneista oppilaista voi helposti tulla mestareita, mutta ehkä noin 14 vuotiaista alkaen

• Mallien viimeistely omatoimista

Ammattiopinnoissa tarvitaan perusteiden jälkeen usein suurempia laitteita

Keskeisiä teknologioita tyypillisine lyhenteineen

• stereolitografia (SLA)• lasersintraus (SLS)• multi-jet modeling (MJM)• film transfer imaging (FTI)• laser-sulatus (SLM)• muovipursotus (PJP, FDM)• direct metal deposition (DMD)• electron beam melting (EBM)• mustesuihku• PolyJet

Tarkastellaan erikseen tyypillinen tapa seuraaviin asioihin • materiaalin lisääminen• jauhemaiset• nestemäiset• kiinteät

• materiaalin kiinnittäminen• jälkikäsittely

Tarkastellaan erikseen laitevalmistajien ratkaisut• suurimmat ja kiinnostavimmat

laitevalmistajat ja teknologiat

Tulostusmateriaalien ominaisuudet• Materiaalit voidaan jakaa karkeasti

• metallit• muovit• hartsipohjaiset komposiitit• sekalaiset muut pikavalmistuksen kannalta

lupaavat materiaalit

• Tulostusteknologia rajaa materiaalivaihtoehtoja

• Materiaalikehitys on aluillaan, eikä materiaaleja vielä kovin intensiivisesti ole kehitetty pikavalmistusta varten

• Komposiitti-termi merkitsee usean materiaalin yhdistelmää, komposiitteja ovat esim.• rusinapulla, betoni ja lujitemuovi

miniFactory 3 – kotimainen 3D-tulostin1.499E + alv.• Tulostusala 150mm*150mm*150mm

• Tukeva viimeistelty ohutlevyrunko• Lämmitetty lasinen tulostusalusta• Kerrosväli 0.1mm, kohdistustarkkuus

0.01-0.016mm, pursotin 0.35mm• Pursotin ja lankapaksuus vaihdettavissa,

tulostusalusta helposti vaihdettavissa• Helppo huollettavuus• Toiminta avoimen koodin sovelluksilla• Pursotin, elektroniikka, mekaniikka ja

tulostusalusta kaikki omaa suunnittelua• Lämpötila-alue PLA, ABS, Nailon, HPDE

Hankkeen mahdollinen sisältö

• Opettajien koulutus tulostimien ja sovellusten perusteisiin• Oppimateriaalin tuottaminen opettajien käyttöön • 3D-tulostuksen perusteet tyypillisillä laitteilla ja materiaaleilla• 3D-mallinnuksen perusteet: CAD, vapaa 3D ja skannaus• Tulostusharjoituksia ja niksejä• harjoitustyöohjeet• harjoitusmallit• (videodemonstraatiot)

• Mallinnusharjoituksia• harjoitustyöohjeet• harjoitusmallit• (videodemonstraatiot)

• (Mallien jälkikäsittely)• (Opettajan käsikirja)• (Oppiainekohtaisia virikejaksoja)

Opettajien kurssijakso 1. 3D-tulostus

• 1. päivä• Johdanto: pikavalmistuksen

mahdollisuudet ja teknologiat

• Pursotinlaitteiden rakenne ja toimintaperiaatteet

• Workshop:

laitteen kokoaminen ja käyttöönotto

• Testaus ja tulostusharjoitus • Koottava laite valinnan

mukaan• miniFactory• Makibox

• 2. päivä• Firmware ja sen versiopäivitykset - Marlin & Arduino

• Kuoriohjelmat, Repetier Host ja Pronterface

• G-koodi ja sen generointi, Slic3r ja Skeinforge

• Kerrospaksuus, pursotuslämpötila, tulostusnopeus

• Tukimateriaali, täyttö, pintojen määrä, brim/raft

• Tyypilliset hankalat tulosteet ja niihin liitttyvät niksit

• Tulostusalusta ja sen säädöt, niksit tulosteen kiinnittymiseen

• Tulostusmateriaalit: ABS, PLA, Nailon, Laywood ym.

• Tulostusharjoituksia keskeisistä asioista

• Tulosteiden jälkikäsittely

Opettajien kurssijakso 1. 3D-mallinnus

• 1. päivä• 3D-mallien tuottaminen

valokuvista ja muu 3D-kopiointi

• Vapaamuotoisten 3D-mallien tuotto, Sculptris

• Valmiiden mallien käyttö

• Tulostusharjoituksia

• 2. päivä• CAD-sovelluksen käyttö

-yleisperiaatteet

Johdanto: Tinkercad Johdanto: Sketchup

• Tulostusharjoituksia

• Pikavalmistuksen tulevaisuus

Kysymyksiä

• Mitkä tärkeimpiä 3D-tulostinten opetuksellisia tavoitteita?• Missä oppiaineissa tai aihekokonaisuuksissa 3D-tulostus tärkeä? • Minkälainen pedagoginen ajatus ja lähtökohta on hankkeeseen?• Minkälaisia pedagogisia malleja ja menetelmiä on tavoitteena kehittää

liittyen 3D-tulostimien käyttöön? esim. video-opasteet, mallisuoritteet, harjoitustyöohjeet, virike- ja niksikokoelmat, taustateoriat ja erilaiset teknologiat, mahdollisuudet ja sovellusalueet.