When metal 3D printing makes sense?

3D printing of metals is a fascinating method of making parts, objects and products. Due to the current factors, such as high cost and production time, it makes sense to apply it only when certain conditions are met.

The following list describes cases when metal 3D printing makes sense and adds value. The list is compiled from interviews with the leading european additive manufacturing gurus during April 2015.

Metal 3D printing makes sense and adds value when:

  1. Integration of the components is needed. The number of components can reduced. The ideal is monolythic construction. This typically leads to increased lifetime of the part. In best case the increase is from weeks to months.
  2. Free form internal channels needs to be implemented
  3. Flows inside the part can must optimized, such as air, gas or liquid. Consider for example conformal cooling.
  4. Miniaturization is useful: The (complex) part needs to be made smaller or scalable.
  5. Integration of functionality improves the product. New functionality can be added to the object as part of the manufacturing process. For example, hinges, springs and snapfits.
  6. Light weight products are needed. The mass of the part can be reduced due to design optimization.
  7. Maximum weight reduction needs to be obtained with minimal strength reduction.
  8. Very small complex parts must be produced
  9. The implementation of the first prototypes must be fast or the production ramp up the needs to take place in short time.
  10. Bi-materials are needed in the product.
  11. Parts must consist of functionally graded materials.
  12. 3D-surface textures are needed.
  13. Topology must be optimized.
  14. Bone ingrowth and regeneration are needed (biomedical applications).

Do you know further motivations to apply metal 3D printing?

Pekka Ketola,  April 22nd, 2015

Human spare parts, digitality and 3D printing

by Pekka Ketola (ideascout.fi) & Pauli Kuosmanen (digile.fi)

This blog was originally published March 13th 2015 in Digile activityblog.

This blog is available also in Finnish. Tämä blogi on luettavissa myös suomeksi.

The report of the Future Committee of the Finnish Parliament, “A Hundred New Opportunities for Finland“, introduces a large number of things that will affect health care in the form of virtualization, data processing and local manufacturing. These include:

  • open data, big data and self-organizing data
  • easy imaging of objects and computationally created images
  • freely organized remote work and organizations formed online, as well as
  • 3D printing.

This blog post will take a look at how development paths like these may affect the future of health care.

1. More knowledge – more suffering?

Online data banks, automatized data collection and data analysis enable applications that have never been possible before. Data is collected automatically every minute, and theoretically every little piece of data is connected to a larger whole. Data may then be utilized creatively for prediction, understanding complex processes and offering alternatives, for example.

Google in particular has amazed us with the multitude of ways in which data can be collected, analyzed and utilized in surprising ways. An example of this is analyzing Google search data to predict global influenza epidemics. In addition to being able to make global predictions based on the data, the same big data can be used for targeted purposes, such as user-specific advertising and finding personalized solutions. Perhaps in the future, the computer can warn you that you’re going to catch a flu next week. At the same time, you receive cheap offers for tissues and targeted drugs and a recommendation to postpone your holiday trip.

2. Smile – you’re on camera!

A human gets imaged at several stages during their life. The first pictures are taken during pregnancy at a maternity clinic. During childhood and after accidents, x-rays are used to map things like bones and teeth. Bodies are x-rayed at airport security checks. Detailed models of internal organs are created during various treatment procedures, such as computer tomography. There is already a small image library of each one of us.

The human image library is incomplete and fragmented into different data systems, but each image includes exact identification data about the person. If paleontologists are able to figure out the remaining parts of a dinosaur based on a femur, how much can we make out of a human’s exact structure based on the existing images and other data?

Would it be possible to start building a personal data bank of each person systematically, and could this be useful? Who could manage and utilize such a bank? Soldiers, for example, could be imaged and the images stored in a data bank so that limbs and bones lost in battle can be reconstructed, if necessary.

3. Biobanks & crowdsourcing

There are four licensed biobanks in Finland. Biobanks collect samples and data for future research and development projects. Any human data, such as x-rays, medical histories and genetic data may be stored in the same database.

A biobank, i.e. a database, will not create a complete image of a person. How can this incomplete data be utilized in an acute treatment situation, for example? The answer may lie in big data. A person’s own biobank will provide some of the required data. The missing data may be produced by analyzing similar situations and persons based on global data, and obviously data about close relatives.

It would be good to collect biobank data throughout a human’s lifespan. Long-term data produces scientific understanding of things like the growth of bones. The data may also be utilized, for instance, by being able to produce the right kind of 3D-printed prosthesis for a teenager who has lost their arm at regular intervals as they grow up. A similar concept is already being used to produce extracorporeal supporting structures.

If developed correctly, biobanks are the currency of the future. By utilizing data stored in them, we can save money in health care costs, predict treatment needs and develop new services.

4. Biodata is raw material for 3D printing

3D printing is based on 3D models. Models are created with computer assistance by hand, by imaging existing things, by customizing existing models or by automatically generating a model based on given criteria.

Automated design, image interpretation and computationally created images are already used in movies and video games, for example. Current artificial intelligence software is able to independently create algorithms, music and images. This type of software will probably be able to model an entire human, if given the femur as a starting point.

Several CAD modeling software already have built-in features that optimize a three-dimensional model for 3D printing. These software are also able to independently produce optimized shapes that conform to given design criteria regarding things like the amount, density or durability of the material. Biobanks contain digital data that can be converted into things like 3D models using the ideas described above. In other words, biobanks may be connected to printing quite directly.

Researchers are currently busy trying to find out what human organs can be produced by 3D printing. Bioprinting has already been used to produce heart valves, liver tissue, bone, kidneys, muscle cells and skin. In the future, biobanks will practically allow the production of human spare parts.

5. Conclusion

Medical applications are one of the greatest potentials for business related to 3D printing. Bone and tooth implants are already routinely produced by the 3D printing of titanium and ceramics. Gradually and inevitably, bioprinting will move from research labs to practice and ever deeper under the skin!

It would make sense to start a systematic and national collection of biodata by using existing methods, combining data from different sources and building an architecture that allows medical production of human spare parts in the future. As a technology, the routine printing of human muscles and organs is still a dream that is many years away, but we can start preparing for it already by collecting a unique database about our people. Combining genetic and other biobank data to the bank described here will create an enormous amount of new possibilities. The necessary know-how, whether it’s data processing, imaging or research into human spare parts, is something we have already.

Finland has great opportunities to become a leading country in biobanks and bioprinting.

3D-tulostus luo uutta teollisuutta Pirkanmaalle

Kirjoitus on julkaistu Aamulehdessä 2.10.2014

3D-tulostuksen teollinen hyödyntäminen etenee laajamittaisesti. Tehokkaita metallitulostukseen keskittyviä palvelukeskuksia nousee parhaillaan Eurooppaan, Pohjois-Amerikkaan ja Aasiaan.

Konkreettista liiketoimintaa ja uuteen osaamiseen pohjautuvaa uutta työtä syntyy nopeasti. Kyseessä on maailmaa vauhdikkaasti muuttava megatrendi, jonka äärelle ryntäävät parhaillaan tutkijat, teollisuuden suuret toimijat, pk-yritykset, kokeilijat, keksijät, oppilaitokset ja yhteisöt.

Pohjois-Amerikassa kehitystä vauhdittava National Additive Manufacturing Innovation Institute kokoaa yhteen teollisuusyritykset, yliopistot ja suuren joukon muita organisaatioita. Kiina on käynnistänyt jättihankkeen, joka tuottaa kymmenen 3D-tulostuksen osaamiskeskusta. Etelä-Koreassa on meneillään laajoja 3D-tulostukseen liittyviä teknologisia ja yhteiskunnallisia kehityshankkeita. Pohjois-Euroopassa on syntynyt useita merkittäviä 3D-tulostuksen valmistuskeskuksia, muun muassa tuhannen työntekijän Materialise Belgiassa. Tavoitteena näissä hankkeissa on muuntaa valmistava teollisuus uuteen aikakauteen, teollisuuden renessanssiin.

Aika toimia!

Pirkanmaan liiton ja Avoin Tampere -hankkeen selvityksessä todettiin, että nyt on aika toimia myös Pirkanmaalla. Perusteet menetelmän laajamittaiselle hyödyntämiselle ovat olemassa. Kaikki tarvittava osaaminen ja motivaatio ovat olemassa yrityksissä, yhteisöissä, tutkimuslaitoksissa ja oppilaitoksissa. Teknologiat ovat riittävän kypsiä teolliseen hyödyntämiseen. Yhdeksän kymmenestä pirkanmaalaisesta metallialan toimijasta uskoo, että 3D-tulostus muuttaa omaa liiketoimintaa kahden vuoden kuluessa.

Menetelmä on universaali ja skaalautuva. Sitä hyödynnetään sujuvasti muun muassa lääketieteessä, talonrakennuksessa, autojen massatuotannossa, varaosapalveluissa, ruoanvalmistuksessa, museotoiminnassa ja design-esineiden valmistuksessa. Uusia liiketoimintaa luovia sovelluksia ja menetelmiä raportoidaan päivittäin.

Pirkanmaalaisen valmistavan teollisuuden erityispiirteitä ovat muun muassa pienet tuotantosarjat ja asiakaskohtainen räätälöinti. 3D-tulostuksen voima tulee esiin erityisesti juuri tämänkaltaisessa toiminnassa. Alueella on jo muutamia yrityksiä, joiden koko liiketoiminta perustuu 3D-tulostukseen. Myös pirkanmaalaiset oppilaitokset valmistautuvat aktiivisesti alan osaajien kouluttamiseen ja sovellusvalmiuksien luomiseen.

Innostuneimmat kehittäjät ja soveltajat löytyvät yhteisöistä. Kesäkuun Opi ja Oivalla -tapaamiseen Kangasalle kokoontui yli 60 3D-tulostuksen kehittäjää. Tapahtumassa syntyi toimintaryhmiä, jotka toimivat ja kokoontuvat omaehtoisesti esimerkiksi kehittämään uusia prototyyppejä. Verkossa toimiva E-Nable -yhteisö kehittää toimivia 3D-tulostettuja proteeseja, joilla voidaan auttaa nopeasti ja taloudellisesti muun muassa vammaisia lapsia ja korvata amputoituja raajoja.

Ehdotus

Pirkanmaalla on mahdollisuus nousta teollisen 3D-tulostuksen mahdollistaman liiketoiminnan edelläkävijäksi. Ehdotamme, että alueelle luodaan pohjoiseurooppalaiseen teollisuuteen tiukasti kytkeytyvä Skandinavian johtava osaamis- ja tuotantokeskus, jonka piirissä ovat tutkimus, kehitys, opetus, pk-yritysten palvelutoiminnot ja teollisuuden tarpeiden täyttäminen.

Millainen osaamiskeskus voisi olla ja ketä se voisi palvella? Osaamiskeskuksen toiminnassa on otettava huomioon erilaiset toimijat ja toimialueet laaja-alaisesti. Teollisuuden tarpeisiin (tutkimus, tuotekehitys ja tuotanto) on kehitettävä järeitä mutta joustavia ja monipuolisia palveluita. Pk-yritysten piensarjojen prototypointi-, kehitys- ja tuotantotarpeisiin voidaan vastata tarjoamalla ketteriä ja edullisia tuotantoympäristöjä. Yksittäiset toimijat, harrastajat, yhteisöt ja mikroyritykset tarvitsevat usein pelkän toimintaympäristön, jossa voivat itse toimia. Pohjoisamerikkalainen TechShop -toimintamalli tarjoaa täydellisen esimerkin tällaisen ympäristön toteutuksesta.

3D-tulostus on lähes päivittäin erilaisten julkaisujen otsikoissa. Menetelmään suhtaudutaan kuitenkin edelleen epäilevästi. Asiaa voidaan katsoa tutkijan silmin ja todeta, että vielä on paljon parannettavaa ja keskeneräistä – hötkyily ei kannata. Tai sitten voidaan toimia innostuneesti ja innovatiivisesti hyödyntäen menetelmän tarjoamat liiketoimintamahdollisuudet, kuten monet yritykset ovat jo tehneet.

Uutta työtä ja liiketoimintaa luova mahdollisuus on tarjolla aivan silmiemme edessä. Mahdollisuus voidaan hyödyntää yhteisellä visiolla, älykkäällä yhteistoiminnalla ja konkreettisilla rahoituspäätöksillä. 3D-tulostus on jo tämän päivän mahdollisuus.

Pekka Ketola & Petri Pitkänen

Ideascoutin Ketola ja Pitkänen ovat pirkanmaalaisia 3D-tulostuksen aktivaattoreita ja Tredean 3D Pirkanmaa -hankkeen vetäjiä.

Tulostettu koti ja Tulevaisuuden talonrakennus

3D-tulostusta sovelletaan mielikuvituksellisilla tavoilla eri toimialoilla. Laitteet ja valmistusprosessit kehittyvät nopeasti. Tässä kirjoituksessa pohditaan 3D-tulostuksen vaikutuksia rakennustoimintaan. Millä tavoin 3D-tulostus muuttaa talosuunnittelua, rakentamista ja jopa sisustusta?

Teksti on alunperin julkaistu  3.9.2014 Tampereen kaupunkiseudun blogissa: http://tampereenseudunvetovoima.fi/blogi/tulostettu-koti-tulevaisuuden-talonrakennus

Unelmien koti

Olemme vuodessa 2020. Matti ja Maija ovat päättänyt rakentaa perheelleen talon Tampereen kupeeseen. Sen sijaan, että talomallia aletaan selailla talotoimittajien kuvastoista, talo piirretään itse ilmaisella verkosta löytyvällä näppärällä suunnitteluohjelmalla. Ohjelma tarjoaa suuren määrä valmiita talomalleja ja rakenneratkaisuja, monet näistä ovat toisten rakentajien laatimia.

Talon piirustus on valmis yhdessä päivässä ja kaikkien tarpeet on huomioitu ja sovitettu suunnitelmaan. Perheen lapset ovat saaneet itse suunnitella huoneensa. Myös ystävät pääsevät ideoimaan ja kommentoimaan ratkaisuja netin kautta. Talossa on vahva persoonallinen ilme. Talon pikkutarkka pienoismalli tulostetaan naapurin 3D-printterillä koko perheen ihmeteltäväksi.

Suunnitelman hyväksyttävyys, rakenteen toimivuus ja kestävyys, sekä materiaalien saatavuus tarkistetaan ohjelmallisesti saman tien. Ohjelma tuottaa samalla kustannusarvion, joka alittaa Matin ja Maijan alustavan budjetin reilusti. Suunnitelma lähetetään sähköisesti hyväksyttäväksi viranomaiselle, joka hyväksyy suunnitelman seuraavana aamuna. 

Robottien työmaa

Kun perustukset ovat paikoillaan, Matti tuo tontille suuren rakennustulostimen, joka on vuokrattu 500€:n päivähintaan työkaluja välittävästä yrityksestä. Tulostin laitetaan kiskoille, jonka jälkeen se alkaa tulostamaan taloa, noudattaen Matin laatimaa talosuunnitelmaa.

Tontilta löytyvä ja touhussa syntyvä rakennusjäte, kuten laudat, murskataan ja sekoitetaan tulostusmassaan. Tulostin vaihtaa automaattisesti erilaisia tulostuspäitä, riippuen tulostettavasta materiaalista ja työvaiheesta. Kymmenen tunnin kuluttua talon runko on paikoillaan. Aamuun mennessä runko on kovettunut ja valmiina seuraaviin työvaiheisiin. Talo näyttää täsmälleen samalta kuin suunnitelmassa. Tulostin puretaan ja viedään seuraavalle työmaalle. Illalla juhlitaan harjakaisia.

Kuvan lähde: http://assets.inhabitat.com/wp-content/blogs.dir/1/files/2014/01/3D-house-printer-Contour-Crafting-2.jpg

Outoja raksamiehiä

Aamun koittaessa Matti tuo pihaan peräkärryn, joka sisältää eri tehtäviin erikoistuneita pieniä rakennustulostimia. Eristystulostinrobotti käy läpi rakennuksen ulko- ja sisäpinnat ja pursottaa eristykset paikoilleen. Päivän aikana ulkopinta saa päälleen kauniin rappauksen rappausrobotin tekemänä. Kattorobotti asentaa kattolaatat ja aurinkopaneelit, ja tarkistaa samalla mahdolliset lämpövuotokohdat. Robotit ahertavat automaattisesti ja päivän loputtua talon ulkopinnat ovat täysin valmiit.

Pieni rakennusrobotti

Kuka naulaa viimeiset listat?

Kolmannen aamun koittaessa siirrytään sisätiloihin. Sisustukseen erikoistuneet robotit maalaavat seinät, liimaavat tapetit ja kiinnittävät listat paikoilleen. Myös sähkökytkennät ja kytkentöjen tarkistukset hoituvat sähköistysrobotin toimesta. Robotit kommunikoivat keskenään ja varmistavat optimaalisen työjärjestyksen. Matin kännykkään putkahtelee tilanneraportteja ja pyyntöjä tarvikkeista, joita pitää hankkia lisää tai syöttää laitteiden materiaaliyksiköihin. Illalla napsautetaan valot päälle.

Oman käden jälki

Vihdoin Maija pääsee sisustamaan uutta kotia. Rakennustöiden kuluessa Maija on luonut sisustussuunnitelmat netissä. Suunnitelmia on paranneltu ja keskusteltu yhdessä ystävien ja yhteisön kanssa. Vessan sisustus löytyi valmiina kokonaisuutena itävaltalaisen kodin kuvista. Maijan vanha sukuvaakuna toistuu sisustuksen yksityiskohdissa, kuten keittiön kaapin vetimissä. Tupaantuliaisia varten sähköiseen kutsuun on merkitty talon kohtia, joihin vieraat saavat ideoida parannuksia.

Renessanssi rakennustyömailla

Kaikki yllämainitut esimerkit ovat jo todellisuutta, kokeiluina, nettipalveluina, laitteina tai oikeina rakennusprojekteina. Raksatyömaat muuttuvat.

2010 luvulla on alkanut uusi kilpailu, joka johtaa talonrakennuksen renessanssiin. 3D-tulostuksen tarjoamat teknologiat, menetelmät, materiaalit ja suunnitteluvapaudet tarjoavat uuden pelikentän sekä erikoisuuden tavoittelijoille, että niille jotka haluavat ratkaista kasvavien kaupunkien perusongelmia. Eniten hyötyvät tavalliset talonrakentajat, kuten nuoret ruuhkavuosiaan viettävät perheet.

Millaisia taloja, koteja, robotteja, muotoja, rakennustarinoita ja asuinalueita tulemmekaan näkemään 2020-luvun asuntomessuilla?

Pekka Ketola & Petri Pitkänen

3D Printing and bikes

How 3D printing contributes to building and maintaining bikes?

This question was explored in Velo Vision magazine (Issue 45, July 2013), written by Pekka Ketola and Peter Eland. Download the full article from here.

Examples

Bike builders have already been active in exploring the possibilities. For example:

  • thingiverse.com, a catalogue for sharing 3D printing files, provides almost 300 bike-related items. The selection is growing every day, and covers everything from light mounts to preliminary designs for printable hub gears.
  • A clip-on drive pulley for an electric bike has been created. See: youtu.be/L4INtIgq1MQ
  • EADS, a Bristol based company, has created titanium bike parts including dropouts, working with bike company Charge. See: youtu.be/tkwd2YXNy9I
  • Parts to personalise bikes, specifically super-intricate lugs for framebuilding, have been printed from stainless steel. See: youtu.be/HwJwcnV-wso
  • TREK Bicycles has created functional bike parts, including suspension components, bar ends, frame parts, helmet models and more. See: http://youtu.be/7w2wB6hW-OI
  • Fairings for velomobiles could be printed, although I’m not sure it has yet been done, probably for cost and material reasons. Similar structures have, though, been printed for cars and motorbikes. Search for the Urbee 3D printed car, for example.
  • A complete bike has been printed too, although as a technology demonstrator more than as a practical product in its own right. See: youtu.be/hmxjLpu2BvY
  • Motorbikers have also been experimenting with 3D printing, and share many of the possibilities outlined in this article.

My predictions

In a few years, the bike industry and the culture of building and maintaining bikes will change. This future is already here in the form of early adopters, trials and experiments. My predictions are:

  1. That any bike builder will be able to design and produce new bikes, parts and special accessories in small volumes. Experimenting and prototyping will be fast and cheap. We will see very exciting bike designs and structures.
  2. Bike repair and maintenance services will change radically, as all parts will be available almost instantly, if not via the company’s own printer, via a printers in the same city. Fixing special and antique bikes will be easy and economical.
  3. Local bike manufacturing will boom, with the help of local printing houses. Business models will be revolutionised. Cycling communities will be active in designing and sharing bike parts worldwide.

Keksi ja tulosta!

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.:

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

3D-tulostus muuttaa arvoketjut – katsaus tulevaisuuteen

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

1. 3D tulostuksen tekniikat, sovellukset ja palvelut laajentuvat räjähdysmäisesti

  • Merkittävimmät läpimurrot tapahtuvat tulostusnopeuden ja hybriditulostuksen alueella
  • Syntyy maailmanlaajuisia tulostuspalveluketjuja. 3D tulostus on kaikkien arkipäivää.
  • Perinteisiä valmistustapoja katoaa. Uusia valmistustapoja ja käytänteitä syntyy.

2. Tavaroiden, osien ja esineiden tuotanto demokratisoituu

  • Yritysten ei tarvitse investoida laitteisiin. Tulostuspalveluita on laajasti saatavilla.
  • Tehdas on halpa. Jokainen voi perustaa mikrotehtaan pienellä pääomalla.
  • Tulostuksen pientuotanto tarjoaa ekosysteemin tavaroiden ja osien tuotannolle. Esineiden crowdsourcing.
  • Tulostuslaitteiden hinnat laskevat massatuotannon johdosta. Laitteet ovat monipuolisia.

3. Kuka tahansa voi luoda minkä tahansa esineen

  • Työkalu tai menetelmä ei määrää muotoa. Muoto ei ole rajoite: form follows function v.2. Kustomointi ja personointi ovat osa massatuotteiden valmistusta.
  • Syntyy uudenlaisia käyttöesineitä, laitteita ja osia, joissa on yhdistetty materiaalien ominaisuuksia ja muotoja.
  • Uusia liiketoimintamalleja esineiden luomiseen ja jakeluun. Tehokkaat ja yksinkertaiset suunnittelutyökalut.
  • Kevyet 3D skannauslaitteet ja puhelimiin integroidut skannerit mahdollistavat tarkan esineiden kopioinnin ja mallinnuksen.

4. Tuotanto tapahtuu lähellä tuotteen tarvitsijaa

  • Teollisuuden alihankintatuotanto siirtyy ulkomailta takaisin Suomeen. Lähituotanto.
  • Tuotanto- ja jakeluketjut muuttuvat, kun työ- ja logistiikkavaiheita poistuu.
  • Työvoiman tarve siirtyy tuotannosta palveluliiketoimintaan, suunnitteluosaamiseen ja tulostuslaitteiden ylläpitotoimintaan.

5. Kestävä kehitys toteutuu

  • Materiaalien uudelleenkäyttö ja kierrätys. Esimerkiksi käytöstä poistetut terästuotteet palautetaan takaisin tulostettavaksi jauheeksi. Tuotannossa ei synny hukkamateriaalia.
  • Logistiikan muuttuminen minimoi raaka-aineiden ja valmiiden tavaroiden siirtämiseen tarvittavan energian ja ajan.
  • Erityisesti valettuja metalliosia korvautuu ontoilla ja keveillä rakenteilla. Saavutetaan massiivisia säästöjä keveiden rakenteiden ansiosta.

6. Kilpailu muuttuu

  • Liiketoiminta perustuu yhä laajempiin palveluketjuihin. Syntyy sekä uudenlaisia kumppanuuksia, että uudenlaisia kilpailijoita.
  • Kilpailu nopeutuu. Kilpaileva esine tai osa voidaan kopioida ja tuoda markkinoille minuuteissa. Kuka tahansa voi kopioida minkä tahansa osan, millä tahansa tarkkuudella. Omistajuuden sijasta kilpaillaan palveluketjuilla.
  • Suunnittelijoiden arvo! Uusi osaaminen liittyy kykyyn ymmärtää ja suunnitella muotoja.

II Esimerkki: Varaosatoiminnan uudet arvoketjut

Osa 1: Uusi liiketoimintamalli

Esimerkkiyrityksen toimiala on varaosien valmistaminen autokorjaamoille maailmanlaajuisesti. Varaosia toimitetaan kaikkien automerkkien kaikkiin automalleihin. Varaosalista käsittää kaikkiaan n. 580 miljoonaa osaa. Kun asiakas tilaa osan, hän saa sen aina 12 tunnin kuluessa.

Toiminta laajenee seuraavaksi muihin kulkuvälineisiin, kuten veneisiin, sähköpyöriin ja pienlentokoneisiin. Kilpailijoita ovat lähinnä muut tulostuspalvelut. Perinteinen varaosaliiketoiminta ja varastojen ylläpito on kadonnut kokonaan.

Yrityksen henkilöstö koostuu pääasiassa markkinointihenkilöistä ja 3D suunnittelijoista. Käytössä ovat autovalmistajien lisenssoimat kuvatietokannat autopiirrustuksista, sekä autorekistereistä saatavat muut ajoneuvotiedot. Vanhemmista autoista piirrustuksia ei ole tarjolla. Tällöin osat skannataan itse. Esimerkiksi antiikkiautoharrastajat tilaavat runsaasti osia, jotka ovat täsmälleen alkuperäisen näköisiä tai toiveiden mukaan tuunattuja. Osapiirrustuksia on rajattomasti saatavilla netistä.

Osa 2: Uusi tehokas logistiikka

Yrityksellä on sekä omia kaikkien materiaalien tulostusfarmeja, että paikallisia vapaita mikrotehtaita. Kumppaneiden ja vapaiden mikrotehtaiden kautta tulostuskapasiteetti on rajaton. Tyypillinen laitteisto koostuu tietokoneista, materiaalivarastoista sekä tulostimista.

Kun asiakas tilaa osan, on tyypillisesti kyse akuutista tarpeesta. Autossa on jokin kohta mennyt rikki, esimerkiksi sivupeili, ja ajopeli pitäisi saada kuntoon seuraavaksi päiväksi. Asiakkaalta saamme osanumeron ja värin, sekä muut yksityiskohdat. Tyypillisesti rikkoutunut osa on lisäksi 3D skannattu puhelimella.

Annetut tiedot kootaan ja osan piirrustus luodaan automaattisesti. 3D suunnittelijat tarkistavat piirrustuksen oikeellisuuden. Kiireisimpinä aikoina 3D suunnittelun ja tarkistuksen tekee crowdsourcing verkostomme. Tämän jälkeen osa tulostetaan lähimmässä mahdollisessa paikassa ja toimitetaan asiakkaalle. Tyypillinen toimitusaika on 8-9 tuntia tilauksesta.

Jakelua helpottavat liikekeskuksiin asennetut tulostuspalvelut, joissa asiakas tulostaa varaosan itse. Näiden kautta voimme toimittaa pienikokoiset teräs-, muovi-, kumi- ja lasiosat suoraan oikealle paikkakunnalle. Palvelut ovat osoittautuneet suosituiksi. Tulostimet raksuttavat osia 24 tuntia vuorokaudessa.

Osa 3: Hyvä palvelu tappaa piratismin

Kun autotehdas julkaiseen uuden automallin, auton osien piirrustukset ovat välittömästi saatavilla. Ts. samalla hetkellä kun ensimmäinen auto myydään jossain päin maailmaa, siihen voidaan tarjota mikä tahansa varaosa.

Skanneritekniikoiden kehityttyä ja tietomurtojen yleistyttyä, myös kuka tahansa muu pystyy tarjoamaan saman osan yhtä nopeasti. Osa tai osan piirrustus ei ole enää kilpailuetu. Liiketoiminta perustuu hyvään palvelukokonaisuuteen.

Kuvakirjastojen varastamisen ja ja tulostinpalveluiden leviämisen pohjalta on syntynyt uusi kotitekoinen teollisuus, jossa kootaan jopa kokonaisia uusia autoja uusimmista osista. Erityisesti Afrikassa on syntynyt merkittävää innovaatiotoimintaa kulkuneuvojen luovan suunnittelun ja rakennuksen alueilla. Uusi kehitysmaatukimuoto on syntynyt aivojen lainaamisen ja tulostinresurssien jakamisen kautta.

(c) Pekka Ketola & Petri Pitkänen, Ideascout Oy

Ajatuksia ja havaintoja 3D-tulostuksen maailmasta

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.