Allaoleva kirjoitus julkaistiin Keksintöuutisissa 2 / 2013 (kekery.fi/Keksintöuutiset). Lehti on Suomen Keksijäin Keskusliiton julkaisema keksintö-ja innovaatioalan ammattilehti. Jutun inspiraationa oli pohdiskelu siitä, kuinka tavalliset ideanikkarit ja vaativammat keksijät voivat hyödyntää 3D-tulostuksen tarjoamia mahdollisuuksia

---

3D-tulostus

3D-tulostus (materiaalia lisäävä valmistus, additive manufacturing) on nopeasti yleistyvä ja kehittyvä tekniikka, joka mahdollistaa konkreettisten esineiden luomisen tiedostosta, periaatteessa samaan tapaan kuin paperille tulostetaan mustesuihkutulostimilla. Tekniikka muuttaa käytäntömme esineiden valmistuksessa, prototyyppien tekemisessä ja uusien asioiden kokeiluissa.

3D-tulostus ei ole uusi idea. Tekniikkaa on sovellettu jo 30 vuoden ajan mallikappaleiden ja prototyyppien valmistukseen lähinnä vahasta ja pehmeistä materiaaleista. Mutta nyt tekniikka on kypsynyt ja sitä voidaan soveltaa laajemmin. Valmiita käyttöesineitä ja osia voidaan tulostaa lukuisista eri materiaaleista, kuten titaanista, teräksestä, muoveista, lasista ja puusta. Tarjolla olevien materiaalien määrä kasvaa jatkuvasti. Myös materiaalien ja värien yhdistelmiä voidaan tulostaa.

Tulostimien hinnat laskevat nopeasti. Kuluttajille suunnatut tulostimet maksavat tällä hetkellä alle 2000€. Tämän hintaluokan laitteilla voidaan tulostaa etupäässä muovia. Teolliseen ja vaativaan käyttöön tarkoitettujen tulostimien hinnat alkavat n. 7000€:n tienoilta.

3D-tulostusta sovelletaan mitä kummallisimpiin tarkoituksiin ja tulostettavien esineiden koot vaihtelevat radikaalisti. Suurimpia tulostimilla tuotettuja esineitä ovat kokonaiset talot ja lentokoneiden siivet. Pienimmät tulosteet tehdään nano-tasolla, atomi kerrallaan. Metallien, kuten titaanin, tulostus on tällä hetkellä erittäin kallista, kun taas muovin tulostaminen on lähes ilmaista (25€/kg). Kaikilla menetelmillä kiusallisin ongelma on tulostuksen hitaus. Nopeuden ja hinnan optimoinnin suhteen on käynnissä kiivas tutkimus- ja kehitystyö.

3D-tulostus ja keksijät

3D-tulostus tarjoaa keksijöille rajattomat mahdollisuudet luoda, kokeilla ja etsiä uusia ratkaisuja arkipäivän ongelmiin. Keksijät ovat mm.:

• luoneet tulostamalla raajojen kehityshäiriöstä kärsivälle tytölle tuet. Tuet on helppo skaalata ja tulostaa uudellen tytön kasvaessa (spark.qualcomm.com/blog/3d-printing-empowers-inventors-changes-lives).
• tulostaneet keinotekoisia verisuonia sokerista (www.engadget.com/2012/07/03/researchers-create-vein-like-structures-with-sugar-3d-printer)
• luoneet ja julkaisseet lukemattomia keksintöjä, kokeiluja ja käytännön apuvälineitä (thingiverse.com). Esimerkkinä laite, joka optimoi käsisaippuan määrää pumpatessa (www.thingiverse.com/thing:55622).
• soveltaneet tekniikkaa aktiivisesti uusien lelujen ideointiin (http://blog.makezine.com/2013/03/15/alice-taylor-inventing-the-future-of-toys/).
• kehittäneet aktiivisesti uudenlaisia tulostimia, mm. talojen tulostamiseen.
  Vastaavanlaisia esimerkkejä löytyy rajattomasti! Näitä olen koonnut Facebook-ryhmään “What people do with 3D printing?”.

Hyppy tulevaisuuteen – 10 ideaa

Kuvitellaan, mitä keksijät voisivat tehdä 3D-tulostuksen avulla, jos kaikki nykytekniikka olisi käytettävissä, ja aikaa ja rahaa olisi rajattomasti. Vaikka näin ei ole käytännössä, saamme näköalan käsillä oleviin mahdollisuuksiin.

1. Keksinnön voi välittömästi muuttaa valmiiksi tuotteeksi, erityisesti jos tarpeena on tuottaa vain yksittäiskappaleita tai piensarjoja. Mm. muotteja ei useinkaan enää tarvita.
2. Kaikkia kuviteltavissa olevia muotoja ja rakenteita voidaan helposti toteuttaa, kuten mutkaisia ja vaihtelevan paksuisia reikiä (jäähdytys, nesteen virtaukset), luumaisia kestäviä ja keveitä rakenteita, sekä sisäkkäisiä rakenteita. Hitsaussaumoja ei ole.
3. Tulostusvaiheessa voidaan yhdistellä tekniikoita ja materiaaleja. Myös elektroniikkaa voidaan tulostaa!
4. Keksinnöistä voidaan helposti tehdä yksilöllisiä ja ergonomisia. Tämä mahdollistaa erityisesti erityistarpeisiin laadittujen keksintöjen kehityksen, kuten vanhusten ja vammaisten apuvälineet.
5. Kehityksessä tarvittavia apuvälineitä, pidikkeitä, tukirakenteita yms. voidaan tuottaa nopeasti ja iteroida helposti.
6. Keksintöä voidaan kehittää ja kokeilla eri materiaaleilla ja eri kokoisina.
7. Keksintöjen jakaminen ja yhteiskehitys on helppoa. Välimatkasta huolimatta voidaan työstää samaa esinettä tai muotoa samanaikaisesti sekä mallin että tulostetun esineen kautta.
8. Kaikenlaiset osat ja tarvikkeet ovat aina saatavilla. Puuttuva tai hajonnut osa voidaan tuottaa itse tai löytää verkkopalveluista.
9. Osien 3D-kuvantaminen on helppoa kännykkäkameran avulla. Mielenkiintoinen havainto tai muoto voidaan välittömästi muuttaa 3D-muotoon.
10. Mitä sinä tekisit?

Jalat maahan – mitä oikeasti voin tehdä?

Kaikki laitteet ja resurssit eivät useinkaan ole käytettävissämme. Mietitään siis hetki, millaiset asiat ovat realistisesti mahdollisia. Lähtökohtana voisi olla, että sellaisia asioita ei kannata tulostaa, jotka ovat helposti ja edullisesti saatavilla kaupasta.

3D-tulostuksen aloittamiseksi ei tarvita omaa tulostinta, eikä edes ole välttämätöntä olla mallinnuksen osaaja. Useimmat asiat ovat jo tarjolla ilmaisissa verkkopalveluissa:

• Sekä kuluttajille että eri kokoisille toimijoille on tarjolla verkkotulostuspalveluita, kuten shapeways.com ja i.materialize.com. Tulostuspalveluista on kattava lista täällä: www.3ders.org/3d-printing/3d-print-services.html.
• 3D-mallit: Verkosta löytyy ilmaisia 3D-malleja, joiden käyttö on täysin vapaata niin kauan kuin et myy valmistamiasi esineitä eteenpäin. Mallikirjastot, kuten thingiverse.com, perustuvat avoimeen tiedonjakoon: kuka tahansa voi laittaa oman mallin muiden käyttöön ja määritellä itse siihen liittyvät rajoitukset tai mahdollisen hinnan.
• Omien mallien luomiseen voit käyttää ammattimaista CAD-ohjelmistoa tai ilmaisia 3D-suunnitteluohjelmia, kuten Google Sketchup). Olemassaolevien muotojen ja esineiden 3D-mallintaminen onnistuu skannerilla (esim store.makerbot.com/digitizer.html) tai matkapuhelimen 3D-mallinnusohjelmalla (www.123dapp.com/catch).

Voit aloittaa 3D-tulostuksen hyödyntämisen keksintöjen kehityksessä välittömästi ja ilmaiseksi!

Entä IPR?

3D-tulostuksen suosio tuottaa haastavia IPR kysymyksiä. Kenellä on oikeudet, kun kuka tahansa voi helposti mallintaa ja tulostaa minkä tahansa näkemänsä idean tai muodon? Kuinka tätä valvotaan?

Asiaa on pohdittu pääasiassa kolmesta näkökulmasta. Ensimmäinen kattaa hyödylliset esineet (useful objects). Näitä voidaan suojata patenteilla. Jos esinettä ei ole suojattu patentilla, se on vapaasti käytettävissä. Toisen näkökulman muodostavat taiteelliset tuotokset, kuten veistokset ja muodot. Näitä ei voida suojata patenteilla, mutta niillä on ikuinen tekijänoikeus, eli copyright. Mikään tuotos ei voi kuulua molempiin ryhmiin, eli ne ovat lainsäädännön näkökulmasta toisensa poissulkevia. Kolmannessa näkökulmassa nämä kaksi sekoittuvat. Erityisesti 3D-tulostuksen myötä syntyy esineitä, jotka ovat sekä hyödyllisiä että taiteellisia. Patentoitavuuden tai copyrightin määrää se, kumpaan ryhmään esine ensisijaisesti kuuluu. Tästä rajanvedosta syntyvät ne haastavat kysymykset.

Useissa maissa ratkotaan parhaillaan ennakkotapausten kautta 3D-tulostuksen kysymyksiä. Aiheen pohtiminen lienee pisimmällä USA:ssa (esim. www.publicknowledge.org/Copyright-3DPrinting). Toisaalta, 3D-tulostuksen tiimoilta on syntynyt toisenlainen ajattelutapa ja käytäntö: On hyvä, että ideani on vapaasti muiden saatavilla ja haluan että toiset parantavat ideaani. Tähän perustuu mm. thingiverse.com:in toiminto, jossa kunkin esineen “evoluutiohistoriaa” voidaan seurata.

Mikäli Internetin historia opettaa meille jotain, se liittyy ensisijaisesti ihmisten haluun jakaa asioita. Ihmiset jakavat mallejaan verkossa ja haluavat, että niitä hyödynnetään mahdollisimman rikkaasti.

Mihin tämä johtaa?

Muutaman vuoden kuluessa keksimisen kulttuuri muuttuu, koska esineiden nopea tekeminen ja kokeileminen käytännössä helpottuvat radikaalisti. Tämä tulevaisuus on jo keskellämme varhaisten kokeilijoiden, kokeilujen ja konkreettisten tuotosten muodossa. Keksijöiden tulevaisuuden teesit ovat seuraavat:

1. Kuka tahansa keksijä voi helposti muuttaa ideansa konkreettiseksi tuotokseksi. Kokeilu ja prototyyppien tekeminen on nopeaa ja edullista.
2. Syntyy paikallisia tulostuspalveluita, joiden kautta tulosteet ovat kaikkien saatavilla ilman tarvetta omiin tulostimiin.
3. Esineiden rakenteille ja muodoille ei ole muita rajoitteita kuin mielikuvitus.
4. Syntyy keksijöiden ja ratkaisujen tarvitsijoiden välisiä kansainvälisiä verkostoja. Verkostot hyödyntävät erityisesti 3D-tulostuksen tarjoamia mahdollisuuksia.

Lisätietoja aiheesta:
Pekka Ketola, pekka@ideascout.fi

Kesäkuussa 2012 pohdimme Teknologiateollisuuden ICT 2015 työpajassa 3D-tulostuksen kehitystä. Pohdinnan taustaksi laadimme joukon teesejä, sekä esimerkkejä tulevaisuuden arvoketjuista.

Useimmat asiat eivät ole vielä, 2.5 vuotta tapahtuman jälkeen toteutuneet, mutta jokaisesta asiasta on jo olemassa käytännön esimerkkejä tai raportoituja kokeiluja.

I Teesit

3D-tulostus muuttaa maailmaa enemmän kuin Internet.

Uudet ilmiöt ja erityisesti uudet mahdollisuudet tehdä asioita ovat äärimmäisen mielenkiintoisia ja kutkuttavat mielikuvitusta. Silloin tällöin tämä kutkutus on sen verran voimakasta, että ajatuksia täytyy pukea sanoiksi.

Tässä blogissa julkaisen kirjoituksiani aiheesta. Jotkut näistä on jo julkaistu muissa foorumeissa. Jotkut saavat ensiesittelyn tätä kautta.

Toivottavasti kirjoitukset herättävät Sinussa ajatuksia ja innostusta.