3D-tulostuksen käyttökohteita eri toimialoilta:
Lisäävän valmistuksen käyttö teollisuudessa
Teollisuuden eri alojen välillä lisäävän valmistuksen käytössä on suuriakin eroja. Useat alat osaavat jo hyödyntää menetelmän etuja prototyyppien ja työkalujen (mm. muotit) valmistuksessa, mutta yritykset jotka ovat tehneet kokonaisvaltaisen strategian valmistusmenetelmän käytöstä niin tuotannon kuin liiketoiminnan kannalta, ovat vielä harvassa. Lisäävän valmistuksen käytön hyötyjä tulisi mitata paitsi valmistuskustannusten osalta, myös lopputuotteen ominaisuuksien ja toimitusketjun sekä asiakkaan saaman lisäarvon osalta.
Ilmailu- ja avaruusteollisuus
Ilmailu ja avaruusteollisuus ovat yksi lisäävän valmistuksen pioneereja. Tämä on sinänsä aika selvää, sillä ilmailuteollisuudessa materiaalin painolla on suuri merkitys, käytettävät materiaalit ovat kalliimpia ja kappaleen hinta ei yleisesti ottaen merkittävä kriteeri, mikäli haluttu osa täyttää tarpeen. Käytettyjen 3D-tulostusmateriaalien osalta tämän teollisuuden puolella esille nousee usein muoveissa tekniset erikoismuovit (PEEK, PEI/ULTEM) ja metalleissa mm. titaani ja inconel.
Airbus kertoi jo vuonna 2015 että sen Airbus A350 XWB lentokoneessa on yli 1000 3D-tulostettua osaa. Materiaalina valtaosassa näistä oli ULTEM 9085 ja yritys kertoi, että 3D-tulostuksen hyödyntäminen mahdollistaa 30-55% kevyempien osien valmistamisen ja jopa 90% materiaalin säästön aiempaan verrattuna. Pelkästään muoviosia koneessa ei ole, sillä Rolls Roycen kehittämän XWB-97 lentokonemoottorin etulaakerin pesä on 3D-tulostettu nikkeliseoksesta. Kappaleen halkaisija on 1.5 metriä ja paksuus 0.5 m. Rolls Royce arvioi, että 3D-tulostuksen avulla tuotantoaika voi lyhentyä jopa 30%.
GE Aviation on todennäköisesti metallin 3D-tulostusta eniten hyödyntävä yritys maailmassa. Yritys alkoi kehitysprojektin tuloksena valmistamaan jo vuonna 2016 LEAP-suihkumoottorien polttoainesuuttimia lisäävän valmistuksen keinoin. Perustelut polttoainesuuttimen valmistamiselle AM-menetelmin ovat helpot – uudet suuttimet ovat 25 % kevyempiä, viisi kertaa kestävämpiä ja vain yksi osa, entisen 18 osan kokoonpanon sijaan. Jokaisessa suihkumoottorissa on 19 kpl polttoainesuuttimia, ja tilauslistassa pitkälti toistatuhatta moottoria, joten GE valmistaa ainetta lisäävän valmistuksen keinoin satojatuhansia polttoainesuuttimia tämän vuosikymmenen aikana.
Autoteollisuus ja moottoriurheilu
Autoteollisuus hyödyntää 3D-tulostusta laajasti, mm. tutkimuksessa ja prototyyppien valmistamisessa, vanhojen osien varaosien valmistamisessa, muottien ja työkalujen valmistamisessa sekä lopputuotteiden/ osien valmistuksessa. Nykyisin valmistusmenetelmää käytetään hieman jo lopputuotteidenkin vamlistuksessa ja useilla autovalmistajilla on 3D-tulostettuja osia uusissa automalleissaan.
Lukuisilla autovalmistajilla on myös tarjolla 3D-tulostamalla valmistettuja varaosia vanhempiin automalleihinsa, sillä on selvästi halvempaa valmistaa pieniä määriä osia tulostamalla kuin ylläpitää niille varastoja ja massatuotannon menetelmiä. Tämä kuvastaa muutosta ajattelutavassa siitä, mihin valmistusmenetelmää voidaan käyttää.
Tähän saakka 3D-tulostamalla valmistetut lopputuotteet ovat osamäärissä vähäisiä massatuotantokappaleisiin verrattuna, joten suurin mielenkiinto on 3D-tulostuksen hyödyntäminen perinteisen valmistuksen rinnalla tehostamassa sitä. Yksi syy tähän on siinä, että 3D-tulostus/lisäävä valmistus on hyvin soveltuva massaräätälöinnin tarpeisiin. Autovalmistajien myytävä auto/mallivalikoima on kasvanut kiivasta vauhtia viimeisen 20 vuoden aikana. Esimerkkinä tästä Audi, jolla oli vuonna 1997 7 eri mallia, kun vuonna 2015 niitä oli jo 42. Tämä vaatii työkaluilta ja valmistusprosesseilta joustavuutta ja nopeaa reagointikykyä – asioita joihin lisäävän valmistuksen käyttämisellä voidaan vaikuttaa.
Jo tälläkin hetkellä lisäävällä valmistuksella on merkittävä vaikutus autoteollisuudessa ja valmistusmenetelmällä valmistetaan vuosittain satoja tuhansia osia autoteollisuuden tarpeisiin. Tulevaisuudessa valmistusmenetelmän käyttöä tullaan näkemään myös suoraan lopputuotteiden (kuten esimerkiksi auton runko) valmistuksessa.
Energiateollisuus
Hyvänä esimerkkinä 3D-tulostuksen käyttökohteesta energiateollisuudessa on Siemensin kehittämä prosessi kaasuturbiinien polttimien kärkien korjaamiseen ja päivitykseen. Kaasuturbiinien polttimet, ja erityisesti polttimien kärjet ovat altistuvat jatkuvasti jopa yli 1000 C lämpötiloihin. Tämä aiheuttaa kulumaa erityisesti polttimien kärkiin. Perinteinen tapa korjata polttimien kärjet on valmistaa etukäteen korvaava osa, leikata vanha osa pois ja hitsata uusi osa tilalle. Tämä on työlästä, aikaa vievää ja sisältää runsaasti työvaiheita ja komponenttien mittatarkkuuden mittailua.
Siemensin ajatuksena on korvata perinteinen tapa AM-tekniikkaan perustuvalla ratkaisulla, jossa koneistetaan kulunut osa polttimen kärkeä pois, ja kasvatetaan AM-menetelmällä uusi kärki suoraan kiinni polttimeen. Perinteisiin menetelmiin nähden tässä on monia etuja: poistettavan materiaalin määrä on vähäinen, ja korjauksen läpimenoaika väheni 90% aiempaan nähden. Lisäksi korjauksen yhteydessä voidaan polttimen kärki päivittää uuteen kehittyneempään versioon samalla kustannuksella korjauksen kanssa.
Huonekaluteollisuus
Huonekaluteollisuudessa 3D-tulostus mahdollistaa geometrisesti monimuotoisemmat kappaleet ja asiakaskohtaisen tuoteräätälöinnin. Lisäksi monimateriaalimenetelmät mahdollistavat useiden eri materiaalien valmistamisen samalla kertaa, tarjoten mahdollisuuksia erilaisiin huonekalukonsepteihin ja mm. valaistuksen tai elektroniikan tiiviimmän integroinnin huonekaluihin suoraan valmistusvaiheessa. Yhtenä esimerkkinä tästä on Neri Oxman suunnittelema Gemini –lepotuoli, jonka valmistuksessa on hyödynnetty sekä perinteisiä valmistusmenetelmiä että 3D-tulostusta useilla eri materiaaleilla vaihtelevilla elastisilla ja akustisilla ominaisuuksilla.
Yksi tällä hetkellä mielenkiintoa herättävistä kohteista on 3D-tulostuksen menetelmien hyödyntäminen kierrätysmateriaalien käyttämisessä huonekaluteollisuuden tarpeisiin. Aihepiiriin liittyen onkin tehty jonkin verran tutkimusta ja konsepteja, joissa kierrätysmuovia käytetään robotisoitujen 3D-tulostimien materiaalina.
Konepajateollisuus
Konepajateollisuudessa 3D-tulostuksen hyödyntäminen painottuu vielä tällä hetkellä varsinaisen tuotannon tukitoimiin. Käyttökohteita ovat mm. muotit, työkalut, kiinnittimet, prototyypit.
Meneillään on kuitenkin vaihe, jossa lisäävää valmistusta integroidaan olemassa olevaan tuotantoon. Erityisesti menetelmän käyttö näkyy muottien valmistuksessa. Kertakäyttöiset hiekkavalumuotit ovat löytäneet tiensä yritysten tietoisuuteen jo suomessakin, nopeuttaen ja halventaen valukappaleiden valmistusta nopealla aikataululla huomattavasti.
Kestomuottien osalta suomessa ei vielä olla yhtä pitkällä kuin muualla maailmassa, jossa mm. jäähdytysominaisuuksiltaan huomattavasti perinteisiä muotteja parempia kestomuotteja valmistetaan suoraan tarpeeseen. 3D-tulostaminen sallii vapaan mallintamisen jäähdytyskanaville – nopeammin jäähtyvillä muoteilla voi olla erittäin suuri merkitys tuotantolinjan nopeudessa.
Koska muottivalmistuksen tarpeet vaativat mittatarkkoja tulosteita, käytännössä kaikki metallista valmistetut kestomuotit koneistetaan valmistuksen jälkeen. Uudet hybriditekniikat tuovat koneistuksen osaksi valmistusprosessia mahdollistaen suoraan valmiin muotin valmistamisen kerralla.
Muottien valmistamisen lisäksi tällä hetkellä lisäävää valmistusta hyödynnetään konepajateollisuudessa myös työkalujen valmistamiseen niin metallista kuin muovistakin. 3D-tulostamalla voidaan toteuttaa nopeasti eri tarkoituksiin tarvittavia työkaluja mikä nopeuttaa varsinkin uusien tuotteiden valmistusnopeuksia.
Tekstiili- ja kenkäteollisuus
Vaateteollisuus on aina ollut rohkea kokeilemaan uusia valmistusmenetelmiä hakiessaan muodin uutta suuntaa. 3D-tulostamalla on tehty niin hattuja, paitoja, takkeja kuin kenkiäkin enemmän ja vähemmän suurella menestyksellä.
Kenkäteollisuuden puolella lukuisat suurista valmistajista, Adidas ja Nike etunenässä hyödyntävät 3D-tulostusta kenkien joustavuuden parantamisessa. Tulostuksen kohteena on joskus myös kokonaisia kenkiä, mutta tällä hetkellä yleisimmin kenkien välipohjia, joihin 3D-tulostuksen avulla voidaan valmistaa joustava hilarakenne vaikka asiakasräätälöidysti. Adidas valmistaa vuosittain satoja tuhansia kenkäpareja 3D-tulostusta hyödyntämällä.
Rakennusteollisuus
Rakennusteollisuus on yksi teollisuudenala, johon 3D-tulostus tulee vaikuttamaan erittäin merkittävästi. Yleisimpiä käyttökohteita ovat arkkitehtuuriset mallit ja suunnittelumallit, mutta lisäävän valmistuksen käyttäminen suoraan rakennuksiin liittyvissä toiminnoissa yleistyy nopealla vauhdilla.
Maailmalta löytyy lukuisia esimerkkejä niin rakennusten 3D-tulostuksesta betonista kuin erilaisten työkalujen (esim. muotit, tukirakenteet) valmistamisesta robottitulostusmenetelmillä.
