3D-tulostimestako joka kodin laite?

On aloja joihin pätee sanonta, että "Pitää juosta pirun lujaa pysyäkseen edes paikallaan!" ja tietotekniikan kohdalla tämä pitää erittäin hyvin paikkansa. Nimittäin 3D-tulostaminen sekä -mallintaminen on yhtäkkiä pompsahtanut suureen suosioon ja erinäisistä syistä uusi innovatiivinen keksintö on jäänyt minulta kokeilematta! Mutta tämä asia korjaantui 22.4. lauantaina, kun Novidaan hankitut kaksi 3D-tulostinta otettiin opetuskäyttöön Santeri Surma-ahon johdolla (Laite ja pienhuolto Conus).

Koulutuksen järjestämisen yhteydessä sain ymmärtää, että 3D-mallintaminen kulkee erittäin vahvasti käsikädessä 3D-tulostamisen kanssa ja että 3D-tulostamisesta hypetetään hyvin paljon eri tietolähteissä melkein jopa mopo keulien. Tässä 3D-tulostuksesta pintaa syvemmältä ja mietteitä 3D-tulostamisesta ja raotus itse 3D-tulostamisen arjesta.

Hankitut laitteet olivat miniFactioryn mF3-Dual 3D-tulostimet, joiden avulla voidaan tulostaa kahta eri lankaa joko esine eri värisenä tai sitten hankalat muodot tuettuna erillisellä tukiaineella. Laitteilla voidaan tulostaa kovaa muovia kuin joustavaa nylonia puhumattakaan veteen liukenevista "tukimateriaaleista". Laitteella voi tulostaa maksimissaan noin 15 x 15 x 15 cm kokoisen esineen ja mikä hauskinta, voit nähdä koko ajan tulostusprosessin etenemisen. Laitteen hinta verkkokaupassa oli artikkelia kirjoitettaessa 1 545 €.

mF3-Dual 3D-tulostimen speksit (www.minifactory.fi).

Mistä tämä kaikki sitten alkoi luokassa? Ensimmäisenä otettiin laitteet pöydälle ja kasattiin sekä kytkettiin laitteet usb-kaapelilla tietokoneeseen sekä verkkovirtaan. Ennen tätä oltiin kuitenkin jo tehty paljon eri valmisteluja. Jokaista 3D-tulostinta varten varattiin yksi kannettava tietokone tulostamista varten, johon asennettiin tulostusohjelma ja erillinen tulostimen ajuri. Poiketen yleisestä paperille tulostamisesta, 3D-tulostus vaatii erillisen ohjelman, jonka avulla 3D-malli voidaan tulostaa. Ajuri on selkeä ratkaisu uuden laitteen käyttöä varten, mutta erillinen tulostusohjelma oli uusi kokemus. Lisäksi toteutusratkaisu toi aivan uuden tavan toimia, koska ei minun tarvitsekaan tehdä tuotteita itse, vaan voin ostaa tai jopa ladata ilmaiseksi verkosta valmiin tulostuskelpoisen työn, kunhan se on vain stl-muodossa oleva tiedosto. Mitähän kaikkea valmista verkosta voisi löytää?

Kun kannettava tietokone oli asennettu tarvittavilla ohjelmilla sekä tulostin oli nostettu pöydälle alkoi tulostusta varten olevan lasialusta asennus tulostimeen sekä valittiin halutun värinen tulostuslankakerä. Santerin johdolla kaikki sujui kuin vanhalta tekijältä. Mutkia tuli matkaan yllättäen lasien sopimattomuuden vuoksi, mutta koulutusta se ei estänyt koska lasi saatiin asennettua hieman kallelleen. Virheellinen asennus näkyikin sitten epäonnistuneena tulosteena, kun työ ei tarttunut lasiin kunnolla kiinni ja irtosi kesken tulostuksen.

Kun laitteet oli kasattu ja kytketty alkoi mallintaminen. Alkuperäisestä ohjelmasta poiketen valittiin mallintamissovellukseksi Fusion 360 eikä SketchUp. Kouluttajan perustelu oli laajojen töiden tulostustiedoston valmistelun epäonnistuminen tulostusohjelmassa. Fusionista on tarjolla 30 päivän ilmainen lisenssi, jota voi jatkaa jopa kolmeksi vuodeksi oppilaitosrekisteröitymisellä ja organisaation it-tukihenkilön ilmaisen edu-lisenssin hakemuksella.


3D-mallinnuksen lähtökohtana valitaan Fusion 360 ohjelmassa muokattava taso Z.

Lyhykäisyydessään oman avaimenperän mallinnuksessa työ aloitettiin valitsemalla Sketch-komennolla muokattava taso ja tämän jälkeen piirrettiin kaksiulotteinen suorakulmio joka pursotettiin (extrude) laatikoksi. Tämän jälkeen laatikon kulman pyöristettiin Modify-valikon komennoilla sekä laatikon päähän toteutettiin Create-valikosta reikä sylinterillä. Kun avaimenperä sai tunnusomaiset muodot, lisättiin siihen syvennys luomalla uusi laatikko Sketch-komennolla. Tämän jälkeen Sketch-komennolla lisättiin myös teksti, joka pursotettiin syvennetyn laatikon pinnasta ylöspäin.

Mallinnusta hieman tehneenä haasteista selviytyi hyvin, mutta heti, jos klikkailin väärin tai en noudattanut Santerin ohjeita täsmällisesti, olin pulassa. Muutamia töitä jouduttiin tekemään aivan uusiksi alusta asti liiallisten tasojen tai väärän tasovalinnan (Sketch) takia. Lämmin suositukseni mallintamisen perusteiden opiskelussa olisikin, että yhteisen avaimenperän luomisen jälkeen jokainen toteuttaisi saman tien samaisen mallin uudelleen ja vielä seuraavana päivän kolmannen kerran, jolloin työvaiheet jäisivät paremmin mieleen.


Fusion 360 ja oma avaimenperä melkein valmiina.

Kun avaimenperä valmistui 3D-mallinnuksesta se vietiin tulostustiedostoksi (stl-tiedosto), joka siirrettiin toiselle tietokoneelle, jolla tulostus voitiin toteuttaa 3D:nä. Tässä kohtaa heräsi suuri uteliaisuus lähteä tutkimaan verkossa olevia 3D-tulostustiedostopankkeja. Mitä kaikkea verkko voisikaan pitää sisällään?

Ennen kuin voitiin aloittaa tulostustyö piti tulostimen lasi käsitellä tartunta-aineella. Tässä vaiheessa alkoi uteliaisuus herätä. Miksi alusta pitää käsitellä tartunta-aineella? Syy tähän oli hyvin yksinkertainen, nimittäin tulostettaessa esinettä pursotusmateriaali lämmitetään 200 asteeseen ja on aivan selvä, että jäähtyessään materiaali alkaa kutistua ja tästä syystä se irtoaa erittäin herkästi tulostusalustasta ja nousee kippuralle samalla pilaten tulostustyön, koska tulostuspää osuu itse tulostettavaan esineeseen ja se siirtyy sivuun paikaltansa ja lopputuloksena saattaa olla valkoinen lankakerä. Tartunta-aineena käytettiin lähes jokaisesta kaupasta löytyvää puuliimaa, joka levitettiin lasille ohueksi ja tasaiseksi kerrokseksi ja annettiin kuivua 15 min.



Santeri on juuri käynnistänyt ensimmäisen tulostustyön selostaen tulostusprosessin sudenkuoppia. 

Tämän jälkeen laite kalibroitiin, joka tarkoitti tulostuspään korkeuden oikeaa etäisyyden asettamista lasista. Jos tulostuspää jää liian ylös, materiaali ei tartu lasiin ja työ menee pilalle. Myös liian lähelle asetettu tulostuspää aiheuttaa leveän lituskaisen nauhan ensimmäiselle tulostuskerrokselle ja työ alku on huono. Käytännössä kannattaa tulostaa enemmänkin lähelle kuin liian kauas. Lisäksi kallellaan oleva lasi aiheuttaa työn toisen pään herkän irtoamisen ja tulostuksen epäonnistumisen. Eli en voi jättää tulostinta yöksi surisemaan, vaan jonkun on hyvä olla läheisyydessä siltä varalta, että tulostus täytyy keskeyttää virheen takia.


Ennen kuin voitiin painaa tulosta-nappia piti asentaa laitteeseen myös tulostuslanka, joka tässä tapauksessa oli 1,75 mm paksua valkoista PLA-muovia. Langan asettaminen oli tehty helpoksi. Riitti kuin asetti langan reikään ja tulostusohjelman manuaaliasetuksissa lämmitti tulostuspään 200 asteeseen jonka jälkeen lankaa piti juoksuttaa tulostimeen, kunnes se tuli tulostuspäästä läpi. Seuraavaksi tulostustyö piti viivoittaa tulostimelle sclie-komennolla jonka jälkeen sai painaa Print-nappia. Tulostin alkoi surisemaan, kun laite asetti tulostuspään pöydän lähelle ja haki laitteesta ns. nollakohdan. Vielä ei tullut mitään lasille, koska tulostin lämmitti ensin lasin 60 asteeseen tartunnan parantamiseksi sekä tulostuspään 200 asteeseen. Kun laitteen pöytä ja tulostuspäää olivat lämpimät, laite käynnisti esineen tulostamisen. Ääni oli Commodore 64 tai enemmänkin 8 bittisen Nintendo pelikoneen peliääniä (dii-dyy ääni), joka tuli pöytää liikuttavista moottoreista. Tulostusajaksi ohjelman ilmoitti avaimenperälle 20 minuuttia. Nyt sai katsella ja ihmetellä tulostimen toimintaa pienoisen muovihajun saattelemana.


Rakennusalan opiskelijoiden testitulostuksessa shakkinappula.

Tulostimen tulostaessa pientä avaimenperää, jäin miettimään, että kuinka paljon mahtaa vielä aikaa ison esineen tulostaminen kuten kahvikuppi tai partukampaajien ideoima 3D-mallinnettu pää? Materiaalimenekin suhteen onneksi ohjelma tarjoaa käyttäjälle säätömahdollisuuden niin, että esine on sisältö ontelorakenteinen. Näin esine tulee olemaan kevyt ja lankaa menee vähän. Muovinen lankakela maksaa n. 35 €/kg ja pieni avaimenperä ei tainnut 20 g enemäpää painaa, joten edullista on!

Oman työni kohdalla huomasin, että kaikki ei ollut kunnossa. Avaimenperän tasainen langan levitys epäonnistui lasin väärän asentamisen takia ja kalibroinnin unohtumisella. Laite tulosti siis esineen liian korkealta, jolloin lanka jäi ilmaan ja ei tarttunut alustaan eikä edelliseen kerrokseen kovinkaan hyvin. Lisäki pienet yksityiskohdat (nimi) tulivat epäselviksi langan alkukohdan tarttumattomuuden vuoksi. Eli lyheesti sanottuna, uusiksi meni.

Mitä seuraavaksi ja mihin 3D-tulostamista sitten voisi käyttää? En usko 3D-tulostamisen olevan ihan niin suuri mullistus kuin tietojenkäsittelyn marssi kotitalouksiin ja työpaikoille 90-luvulla. Mutta selvästi tämä tuo uusia mahdollisuuksia yrittäjille ja kotitalouksille sekä kilpailuetua yrittäjille. Massatuotanto on selvää tehdä perinteisillä menetelmillä, mutta yksittäiset varaosat, joita ei enään mistään löydä rikkoontuneen tilalle on tulevaisuudessa selvästi järkevämpää tehdä itse tulostaen joko ostamalla valmis malli verkosta tai itse mallintaen. Nyt on jo nähtävissä uusia yrityksiä, jotka myyvät pelkästään 3D-tulostustiedostoja tai itse tulostuspalvelua. Mietitäänpäs hetki tilannetta vaikka kotoa! Kotitulostimesi paperikaukalon paperitaso murtuu rikki ja et voi käyttää tulostinta paperitukoksen takia. Mitä teet! Nyt tilaat muoviosan Kiinasta ja odotat kuukauden, mutta tulevaisuudessa ostat kaukalon mallin 2 € hintaan verkosta ja tulostat sen 15 minuutissa kotona! Entä Yrittäjänä? Asiakas tulee rikkinäisen osan kanssa luoksesi ja kysyy, että olisiko hyllyssä vastaavaa tuotetta. Sanot asiakkaalle: "Ei ole hyllyssä, mutta odota hetki, niin tulostan sen sinulle." Näin säästät hyllykustannuksissa, varastoinniss sekä toimitusajoissa ja voi keskittyä asiakkaan monipuolisempaan palvelelmiseen. Palvelualoilla suurin mahdollisuus on perinteisen palvelun personoinnissa 3D-tulostamiselle, kuten personoidut kakkukoristeet, omat muotit, merkit, tunnukset jne.

Opetuksen näkökulmasta lähestyttäessä 3D-tulostamisen suhteen, meidän tehtävä on selvästi olla edelläkävijöitä aloillamme. Mitä enemmän ilmiön parissa työskennellään, sen enemmän opiskelijoille tulee tutummaksi menetelmä ja he saavat ideoita, ajatuksia ja visioita työkalupakkiinsa, josta heille on varmasti kilpailuetua ja lisäarvoa työmarkkinoilla tai yrityselämässä erottuakseen edukseen. Koulutuksen aikana syntyi paljon toteutuskelpoisia ideoita joista muutamia mainitakseni: hiusalalle harjoittelumalli omasta päästä, catering-alalle persoonalliset muotit, työkalujen varastointiin erilaiset pidikkeet ja koukut. Vain mielikuvitus on rajana! Hyviä 3D-tulostushetkiä!