3D printing and the team skills

3D printing and the digital development processes will change the team dynamics and establish new ways to work. In this article I will discuss some of the emerging patterns.

  1. Collaboration. Collaborative design proposes that products are designed together with the users. Collaborative product or service development is not new concept. The idea is in the heart of established practises, such as user centered design, usability engineering and service design. 3D printing is based on the affordance that products can be designed and manufactured faster with personalized features. It makes sense to consider new kinds of collaborative teams where customers, end users and the engineering team work together to exploit the affordances and user input in full. When the design and manufacturing cycles are fast and flexible there is possibility to
    1. Create more design iterations.
    2. Make more product prototypes and variations without major cost or time impact.
    3. Develop the product with users and customers in fast development cycles.
  2. Prototyping. ”Prototypes are super expensive”. This is not (always) true with 3D printing. The step from CAD file to first concrete product is short. Making changes in the prototype or simulation is far less expensive than making changes in the final product. With 3D printed prototypes, it is often possible to make the first versions almost with zero cost using inexpensive FDM technology, before proceeding to the actual implementation and materials, such as titanium. The teams need to learn to apply active prototyping and maximise the support and experiences the prototypes can provide for design and customers. There is also the marketing aspect for using and showing the prototypes already in the early phases of the design process.
  3. Role of purchasing. All larger manufacturing companies have dedicated teams for purchasing stuff needed for the main business, such as components and materials. As purchasing manager, what do you buy when you buy 3D printed components or digital spare parts? The question is often about fast on-demand manufacturing, with customer specific twists in the products. The purchasing teams need to develop skills to play with additive manufacturing platforms and services, rather than buying, lets say 10 000 units of component X. Or is there a fast shortcut between product development teams and 3D printing services? Accordingly, 3D printing services need to figure out what are the new processes and connections needed to serve the big customers.
  4. New design processes. Sustainability, circular economy, recycling, on-demand parts and other emerging phenomena ask for better design and manufacturing processes, with new requirements coming from the society and customers. For example, how do you:
    1. Design for 3D printable spare parts (already in the original product)
    2. Design for recycling
    3. Design for personalization

The concept of product design need to raise to the new level, where designer solves also the problems and needs that will come at the end of the product lifecycle. This is rarely handled in contemporary product development.

Conclusion

3D printing is not only about technology, processes and materials. It is also about the new hard and soft skills and behaviours needed in teams. Collaborative product development or the idea of super active prototyping are competences that need to be exercised, piloted and tried out.

What do you think?

Pekka Ketola, CEO 3DStep Oy

3D-tulostus ja uudet pelimerkit

Pekka Ketola, 13.3.2018

3D-tulostuksen sovellusalueiden ja liiketoiminnan löytäminen ja löytyminen riippuvat nykyisten toimialueiden laidoilla toimivista yllättäjistä – uusien näkökulmien tuottajista.

3D-tulostuksen teknologia on ollut nousujohteisella polulla 1980-luvulta asti. Sen merkittävin kehitys, erityisesti viime vuosina, on tapahtunut samanaikaisesti sekä edelläkävijöitä edustavien kotitulostajien toiminnassa, että teollisuuden sovelluksissa. Molemmilla rintamilla kysytään kuumeisesti: mihin ongelmaan 3D-tulostus tarjoaa parhaat ratkaisut?

3D-tulostus on teknologia-alusta, jonka hyödyntämiseen ei ole vielä vahvoja loppukäyttäjätarpeita. Tilanne on samankaltainen kuin Internetin syntyaikoina 1990-luvulla. Silloin vaikutti, että Internet soveltuu parhaiten akateemisen maailman tiedonvälitykseen, mutta sillä ei tule olemaan varsinaisia kaupallisia sovelluksia, varsinkaan koska monet toiminnot ovat käyttäjille ilmaisia. Leijonan Luolasta Internet ei ehkä olisi löytänyt sijoittajia, koska näkymät eivät olleet kummoiset ja riskit olivat suuret.  Mitä sitten tapahtuikaan? Internet kehittyi nopeasti infrastruktuuriemme välttämättömyydeksi ja talouden moottoriksi, jota ilman emme enää selviäisi.

Mitä Internetin historiasta voidaan oppia 3D-tulostuksen ymmärtämiseksi? Esimerkiksi, meiltä puuttuu toistaiseksi yhteinen ruohonjuuritason käsitys 3D-tulostuksen mahdollisuuksista: Miten se konkreettisesti luo kaupallista toimintaa, millaista osaamista hyödyntämiseen tarvitaan, miten käyttäjät voivat hyödyntää teknologiaa ja miten toiminnan pitäisi organisoitua.

3D-tulostuksen moottoreina ovat erityisesti korkeakoulut, joissa 3D-tulostuksen ajatukset ja osaaminen kehittyvät ja viriävät eri muodoissaan. Kun kypsyystaso on riittävä, alkaa kaupallistamisen kultaryntäys, jolloin sijoittajat tekevät kaikkensa ottaakseen uudesta teknologiasta ja siihen patoutuneista odotuksista kaiken hyödyn. Olemme lähestymässä tuota pistettä.

Mikä Internetin kehityksessä oli ainutlaatuista? Se ei kehittynyt kenenkään yksittäisen toimijan ideoista tai liiketoimintainnovaatiosta. Internetin menestyksen laukaisivat toiminnan laidoilla olevat innovaattorit, ns. outlierit: siis loppukäyttäjät ja odottamattomat toimijat, jotka loivat omia kummallisia ratkaisujaan Internetin hyödyntämiseksi. Kokonaisvaikutus syntyi, kun näitä toimijoita oli riittävän monta ja riittävän erilaisia, ja koska Internetin maailma oli avoin kaikille. Hyödyntäjiä löytyi niin kaupallisista kuin ei-kaupallisista piireistä. Kukaan yksittäinen toimija ei ollut Internetin omistaja.

Internetin kehitystä edistivät merkittävästi politiikat, erityisesti USA:ssa. Näillä estettiin yhtäältä monopolien syntyminen (FCC) ja toisaalta luotiin yhteisiä standardeja (IETF, W3C). Erityisesti IETF ja W3C kuuntelivat aktiivisesti loppukäyttäjiä ja loivat edellytyksiä Internet -teknologioiden tarpeisiin vastaaville standardeille, sekä inkrementaaliselle ja radikaalillekin kehitykselle. Tänä päivänä vastaavaa toimintaa tapahtuu useissa avoimissa (open source) kehityshankkeissa, sekä standardointiorganisaatioissa (mm. ASTM).

Internet kehittyi standardien ansiosta kaupallisten palveluiden ja arvoketjujen alustaksi, joka mahdollisti palveluiden ja tuotteiden ostamisen ja myymisen. Tärkeää oli, että kaupallisesta toiminnasta tuli demokraattista: kuka tahansa pystyi hyödyntämään tarjolla olevaa teknologiaa ja luomaan uutta liiketoimintaa. Ei siis pelkästään olemassa olevat vahvat brändit.

Ketkä hyötyivät kehityksestä eniten? Laidoilla olevat toimijat ja outlierit, jotka saivat työkalun unelmiensa toteuttamiseen. Siis yksityishenkilöt, keksijät, pienyritykset, start-upit ja yritykset, joiden toiminnan suuryritykset ja monopolit olivat käytännössä aiemmin estäneet. Dominoivien puhenlinoperaattoreiden rinnalle syntyi satoja Internet -palveluntarjoajia. Syntyi muitakin uutta kommunikaatioteknologiaa hyödyntäviä alustaratkaisuja, kuten Netscape ja Google.

1990-luvun loppupuoli näytti, kuinka hyvään arkkitehtuuriin ja systemaattiseen suunnittelutoimintaan pohjautunut niche-ilmiö kasvoi massojen de-facto -toiminnaksi. Internet itsessään ei ollut rahasampo ja sijoituskohde – joskin verkkoteknologioiden tarjoajat menestyivät. Isoin business ja muutos syntyi Internetin mahdollistamista uusista ilmiöistä ja palveluista. Voittajia eivät olleet perinteiset kommunikaatioalan suuryritykset, vaan täysin uudenlaiset toimijat.

Uudet toimijat loivat onnistuneita esimerkkejä ja prototyyppejä ansaintamahdollisuuksista, kuten edelläkävijänä Intranet-sivustoihin erikoistunut vaasalainen VisualWeb. Suurempien toimijoiden ja investorien, kuten IBM ja Microsoft, oli pakko kiinnostua ja reagoida. Reaktio oli nopea ja voimakas. Käynnistyi luova tuho, joka synnytti nykyisen tietoyhteiskunnan. Lähes kaikki yllättyivät uuden horisontin avaamista loppumattomista mahdollisuuksista. Internetin kehityksessä merkittävänä askeleena oli langattoman tekniikan nousu WiFin ja puhelinverkkojen datapalveluiden muodossa. Tämän taustalla oli luova yhteispeli, jossa olivat mukana infrastruktuurikehittäjät (top-down) ja loppukäyttäjien palveluita tuottavat yritykset (bottom-up).

Mikä oli laidoilla olevien toimijoiden rooli Internetin kehityksessä? Kaikki etsivät uusia arvontuottomahdollisuuksia, joiden kokeilun ja prototypoinnin Internet mahdollisti. Kokeilujen erilaisuus, mielipiteiden ristiriidat ja ideoiden yhteentörmäykset loivat tilanteen, jossa vääjäämättä syntyi uusi toiminnan avaruus. Kansainvälisenä yhteisönä opittiin kollektiivisesti, Internetin hengessä, kuinka teknologia hyödyttää eri toimialueita.

Mikäli Internetin kehitys olisi ollut yhden tai muutaman toimijan käsissä, informaatioyhteiskunta ei olisi syntynyt samalla voimalla, nopeudella ja monipuolisuudella. Vastaavasti, jos Internet olisi ollut vain suljetun sisäpiirin kehityshanke, niin kehitys ja innovaatiotoiminta ei olisi skaalautunut.

Mitkä ovat johtopäätökset 3D-tulostuksen tulevaisuuden suhteen?

Teollisen 3D-tulostuksen kaupallisesti menestyneitä sovelluksia on vasta kourallinen. Erinomaisia showcaseja löytyy sen sijaan runsaasti mm. auto- ja lentokoneteollisuudesta. Teollisuuden osalta puhutaan enemmänkin muutamasta hyötyjä tuottavasta perusperiaatteesta ja ideaalista, kuten painon pienentämisestä ja rakenteiden optimoinnista. Suuren mittakaavan ja laajan soveltamisen hyötyjä 3D-tulostus ei tuota ihan vielä.

3D-tulostuksen täysi hyöty ja vallankumous realisoituvat vasta, kun ekosysteemin laidoilla olevat toimijat pääsevät riittävän monipuolisesti, suurella rintamalla ja toisiaan kirittäen kokeilemaan ja luomaan uuden toiminnan prototyyppejä. Prototyypit ovat uusien tuotteiden lisäksi uusia palveluketjuja, uusia ammatteja, ja uusia tapoja vastata tunnettuihin ja piileviin tarpeisiin. On kyettävä kokeilemaan myös niitä järjettömiä ideoita. Kuka olisi 1990-luvulla uskonut Instagrammiin, Snapchattiin, tai Facebookiin?

3D-tulostuksen maailmanvalloitus on hyvissä lähtökohdissa. Teknologialla useita vahvoja kehittäjiä kaikilla mantereilla. Sen ympärille on jo syntynyt miljardiluokan kaupallista toimintaa, korkeakoulut luovat osaajia ja toiminta on luonteeltaan digitaalista – siis globaalia ja skaalautuvaa.

Mitä sitten puuttuu?

1.    Ideoita. Erityisesti ekosysteemin reunoilla olevien toimijoiden on aktivoiduttava ja keksittävä uudet sovellukset, liiketoimintamallit, disruptiot ja toiminnan prototyypit. Osa näistä voi nousta perinteisestä valmistavasta teollisuudesta, mutta kuten Internet osoitti, vähintäänkin 80% uudesta liiketoiminnasta tulee syntymään aivan uusista käytännöistä.

2.    Investointeja ja rahoituksen innovaatioita. 3D-tulostus koetaan edelleen suuren riskin huonosti ennakoitavana toimintana. Vain rohkeimmat edelläkävijät ovat liikkeellä. Teknologian jalkautuminen erityisesti Suomessa on kiusallisen hidasta verrattuna mm. Saksaan, Belgiaan ja Espanjaan, vaikka loistavaa kehitystä tapahtuukin mm. Pirkanmaalla.

Ideoiden ja prototyyppien kehittyessä 3D-tulostuksen tarjoamat mahdollisuudet kypsyvät kuitenkin nyt nopeasti. Edessä on kultaryntäys, jossa pian jaetaan uudet pelimerkit. Miten sinä olet pelissä mukana?

Suomen 3D-tulostuksen strategia

Mikä on Suomen 3D-tulostuksen (additive manufacturing) strategia? Tarvitaanko sellaista?

Poikkeuksetta kaikissa kansallisissa ja kansainvälisissä tulevaisuutta ennakoivisssa selvityksissä 3D-tulostus on nostettu yhdeksi tulevaisuutta, teollisuutta ja työpaikkoja merkittävästi muuttavista teknologioista. Aihe on vahvasti mukana myös Eduskunnan tulevaisuusvaliokunnan selvityksessä Suomen sata uutta mahdollisuutta – Radikaalit teknologiset ratkaisut. On mielekästä kysyä: kuin Suomen pitäisi tähän mahdollisuuteen suhtautua?

3D-tulostus on noussut strategiseksi aiheeksi useilla tasoilla. CECIMO (European Association of the Machine Tool Industries) on julkaissut eurooppalaisen lisäävän valmistuksen stategian. Iso-Britannia on laatinut kansallisen tason strategian, samoin Dubai. Ruotsissa Swerea (Swedish Arena for Additive Manufacturing of Metals) rakentaa kansallista 3D-tulostuksen yhteistoimintaa. Aktiiviset maat ja kaupungit, kuten Singapore, perustavat voimakkaita 3D-tulostuksen keskittymiä. Standardoinnin (ISO) kautta teknologialle luodaan yhteisiä globaaleja käytäntöjä ja pelisääntöjä.

Iso-Britannian 3D-tulostuksen strategia tähtää huomattavan markkinaosuuden varmistamiseen alan nopeasti kasvavassa liiketoiminnassa, uusien työpaikkojen luomiseen, sekä tuotannon uudistamiseen. Haasteet ovat samankaltaisia kuin Suomessa: useimmat PK-yritykset eivät tunne 3D-tulostuksen perusasioita eikä sen tuomia liiketoimintamahdollisuuksia.

Suomessa 3D-tulostuksen toiminta on kansainvälisiin toimijoihin verrattuna edelleen vaatimatonta, vaikka paljon hyviä asioita on jo liikkeellä. Suomessa on n. kaksikymmentä kaupallista 3D-tulostuksen yritystä, monissa organisaatioissa teknologia on osa päivittäistä toimintaa ja edelläkävijäyritykset hyödyntävät jo 3D-tulostusta sarjavalmistuksessa. Korkeakouluissa, ammattiopistoissa ja kouluissa on käynnissä suuri määrä hankkeita, projekteja ja koulutusratkaisuja. Maakuntatasolla, kuten Pirkanmaalla, aiheeseen investoidaan. Alan huippututkimusta tehdään tutkimusorganisaatioissa ja yliopistoissa. TEKES myöntää rahoitusta 3D-tulostusta edistäviin ja hyödyntäviin projekteihin. Muutamia mainitakseni.

3D-tulostuksen kanssa ollaan siis liikkeellä ja osaamista on syntynyt, mutta tässä vaiheessa toiminta on varsin sirpaloitunutta, siiloutunutta ja haparoivaa, eikä osaamisen ja kokemusten kehittyminen kykene tuottamaan merkittävää synergiaa. Kireässä taloustilanteessa paljon rahaa hukataan päällekkäiseen ja liian vaatimattomaan tekemiseen. Hyvää ei saa halvalla.

Ehdotus

Aika on kypsä Suomen 3D-tulostuksen vision ja strategian luomiselle. Strategia yhdistää liiketoiminnan, koulutuksen ja tutkimuksen, ja luo perustan 3D-tulostuksen kansainvälisen kilpailukyvyn syntymiselle ja systemaattiselle kehittämiselle. Onnistunut strategia aktivoi myös julkiset ja yksityiset investoinnit alan kehitykseen.

Suomen3Dstrategia

Suomen 3D-tulostuksen strategia on Suomen näköinen. Se voi lainata hyväksi havaittuja elementtejä muilta ja on välttämätöntä kytkeytyä kansainvälisiin toimintoihin. Pienenä maana vahvuutemme löytyvät erityisesti korkeasta osaamistasosta eri teknologia-alueilla, monialaisesta yhdesssä tekemisestä ja tekemisen meiningistä, sekä toimijoiden keskinäisestä luottamuksesta. Strategia voi olla perinteinen, joka kehittää olemassaolevia toimintoja. Tai voimme luoda myös sinisen meren strategian, jossa pelisäännöt luodaan puhtaalta pöydältä. Näitä pitää tuumia yhdessä.

Luodaan Suomen yhteinen 3D-tulostuksen visio, strategia ja aletaan tekemään. Oletko mukana?

Pekka Ketola 22.10.2017 / pekka.ketola@3dstep.fi

Ps. Pirkanmaan 3D-tulostuksen toimijat kokoontuvat 12.12. 2017 klo 12. Tampereella. Tällöin pohditaan strategisia kysymyksiä maakuntatasolla. Lisätietoa LinkedIn -ryhmässä 3D Pirkanmaa.

3D printing and the customer insights. Case: Car Industry & spare parts

3D printing has opened wonderful opportunities for collaboration between customer and the company. This dialogue is useful and creates value for all. It is no wonder that companies like Local Motors, Volkswagen and Shapeways take community management and co-development with 3D printing seriously.

Car industry has found maybe the largest number of 3D printing applications. It has also managed to connect users, engineers and the industry in innovative ways. However, there are still untapped possibilities. I will discuss some examples of the new value generation and open horizons for industrial collaboration for better customer engagement.

1. Connect company with user insights

3D printing aggregators, such as Thingiverse, provide rich world for exploring do-it-yourself 3D-printables. People are solving their concrete needs with all kinds of tools and parts, such as GoPro camera holders, and sharing the results for others to use. Often the DIY part has features that are far better than the original from the manufacturer.

Manufacturing companies are following these online forums in order to get insights on the next products, understand needs that are related to the uses of their products, and also to identify talented designers and innovators.

Some companies are even smarter. They actively engage and invite online talents to join their development projects and design challenges, offering soft rewards like great community of co-developers, learning journeys and recognition, or tangible rewards. For example Local Motors has used online community for the development of the 3D printed cars.

dia11.png

2. Use community to develop better parts

Spare parts is a promising 3D printing application for car industry.  Mercedes Benz is starting the manufacturing of metal 3D printed on-demand spare parts for older trucks. The parts are manufactured from the digital models that either exist already or are reverse engineered from existing parts.

”Using additive manufacturing, the company was able to achieve parts with almost 100% density, greater purity than conventional die-cast aluminium parts, very high strength and thermal resistance – making the process particularly suitable for small batches of mechanically and thermally stressed components.” Source

17c550_02-1024x681

Mercedes Benz 3D printed spare parts. Source.

Also Daimler is developing 3D printed spare parts manufacturing, especially for plastic parts using SLS technology. The current offering covers more than150 on-demand parts.

Beyond brand specific solutions there are also companies offering spare parts for any applications. For example, Spare Parts 3D from Singapore offers a general spare part service for all and everywhere, mainly printed with plastics. The company’s mission is to digitalize the stocks. Also this service is based on the digital community. 3D printing service offices anywhere can join and become local service providers in Spare Parts 3D network. Target delivery time for spare parts is 24 hours.

pic-a

The promise and value is not only in the spare parts. Rapid manufacturing of car spare parts enables fast response to developing user needs and emerging product problems. For example, when the original spare part lacks a feature or tends to break in certain way, it can be re-designed and then printed without delays. The concept of better parts emerges. The customer gets better solution (maybe not CE approved, though) and the original manufacturer gets concrete proposals for improving the products. Of course, only if the manufacturer has a method for discussing and collaborating with the customers.

Case: Avant hydraulic block

Avant loaders are high quality machines for many kinds of jobs that require horsepower in compact and ergonomic form. The engine has hydraulic block of 2.9 kilograms with over 30 different parts. Finnish 3D printing company 3DStep re-designed the block for 3D printing, together with engineering company Enmac. Special attention was paid on the improved functionality and faster installation. The resulting part weights less than 400g:s and is made from one component. This part is a typical example of 3D printed better part. It is lighter, integrated and provides better functionality than the original.

avanttecno-machine      avant3d

3. Empower the engineers with 3D printing

Volkswagen has demonstrated that 3D printing can have crucial role in optimizing car design, manufacturing and maintenance. VW factory in Portugal makes over 100 000 cars every year. This factory is specialized in the manufacturing innovations related to new models.

image007_b353aq

The poka-yoke makes it possible to position and assemble screws without damaging the wheels. Source.

Desktop 3D printers were brought to help the design and manufacturing of new cars. During 2016 more than 1000 tools were 3D printed on-demand. Volkwagen reports major savings in making new tools (95%) and radically decreased manufacturing costs. The biggest shift was mental: taking the step from closed R&D environment to the use of open innovation culture.

4. Think about your 3D printing strategy

The global ecosystem of spare part catalogues, service providers and crowdsourced designers is forming right now. The open ecosystem will straightforwardly serve the customer and engineer needs rather than the company business strategy. From the company perspective, the business is shifting from dealing parts and logistics to dealing with copyrights and mastering the creative developer community.

3D printing is an opportunity to renew the company business, digitalize services and build cost-efficient solutions for logistics, maintenance and production. Any company working with cars, loaders, trucks and other vehicles needs to study the business opportunities and new avenues of competition for the next 1-3 years. 3D printing will change the car industry from village garages to manufacturing plants.

Take coffee and think:

  1. How your business could be improved with 3D printed parts and tools?
  2. How your customers could be co-developers?
  3. How you can try out 3D printing in your business?

exhibit00_the-future-of-spare-parts-is-3d670.jpg

Views on spare parts business. Source: Strategy&

– Pekka Ketola, CEO 3DStep –


 

3DStep is the scandinavian forerunner in 3D printing business. Our mission is to make 3D printing business as usual. 3DStep factory and innovation centre locate in Ylöjärvi, Finland.

3DStep provides all you need from idea generation to design, optimisation, prototypes, serial additive manufacturing (metals, plastics), training and strategy development. 3DStep is your trusted partner for spare parts and better parts.

3dstep7

 

3D Printing Book Corner

Learning materials for industrial and professional 3D printing in Finnish and in English. All pointers with tag FREE are free to download. New titles are added almost daily.

In spite of digitalization and smart systems, it is difficult to find proper publications on 3D printing. This site was created to compile the latest research reports and other publications in one place. I hope this page is useful for you! Best regards, Pekka


Please propose improvements and new pointers to books, reports and other prints and e-prints via the comment box below.

1. Landscape

2. Getting started

  • 3D printing for dummies. Kalani Kirk Hausman & Richard Horne. ESBN: B00EFB44HU. Available in online bookstores.
  • 3D Printing Failures: How to Diagnose and Repair All 3D Printing Issues. Sean Aranda and David Feeney 2017. Available in online bookstores.
  • 3D-tulostettujen metallien tutkimus. Mari Tanttari, Harri Laaksonen. TAMK harjoitustyö. 2017.
  • Additive manufacturing (by EPMA – The European Powder Metallugy Association). 2017. FREE
  • Additive Manufacturing, design, methods and processing. 2017. Steinar Westhrin Killi. ISBN-13: 978-9814774161. ISBN-10: 9814774162. Available in online bookstores.
  • Design for metal AM – a beginner’s guide. Marc Saunders. Blog.
  • Fabricated: The New World of 3D Printing. Hod Lipson & Melba Kurman
    ESBN: 1118350634. Available in online bookstores.
  • Make: Getting Started With 3D Printing.  Liza Wallach Kloski & Nick Kloski. ESBN: 1680450204. Available in online bookstores.
  • Printing Things: Visions and Essentials for 3D Printing. Dries Verbruggen.  ESBN: 3899555163.  Available in online bookstores.
  • The 3D printing handbook – Technologies, design and applications. 2017. Ben Redwood, Filemon Schöffer, Brian Garret. Available in online bookstores.

3. Business

4. Workflow

5. Design & optimisation

6. Materials & reports

7. Manufacturing & construction

8. Post processing

9. Resources

10. IPR and 3D scanning

  • Abbot, E. Reconstructing History: The Ethical and Legal Implications of 3D Technologies for Public History, Heritage Sites, and Museums, Huron Research, July 11, 2016, http://bit.ly/2QCvsnw
  • Mendis, D. Going for Gold—IP Implications of 3D Scanning & 3D Printing, CREATe, Nov. 29, 2017, http://bit.ly/2Nm8B1B
  • Billingsley, S. Intellectual Property in the Age of 3D Scanning and 3D Printing, Spar3D, July 25, 2016, http://bit.ly/2POhKwL.
  • Doctorow, C. Why 3D scans aren’t copyrightable, Boing Boing, June 21, 2016, http://bit.ly/2NnQiJq
  • Doctorow, C. 3D digitisation and intellectual property rights, Jisc, January 17, 2014, http://bit.ly/2xtl3ls
  • Shein E. Who Owns 3D Scans of Historic Sites. CACM Vol 62 No 1, Jan 2019. Pp 15-17.
  • Wachowiak, M.J., and Karas, B.V. 3D Scanning and Replication for Museum and Cultural Heritage Applications, JAIC 48 (2009), 141–158, https://s.si.edu/2NYouuN

Publication proposal:

 

 

 

Haluatko nopeammin hyödyntämään 3D-tulostusta?

Ota käyttöön 3DStepin 3DPaaS ja pääset heti hyödyntämään 3D-tulostusta kokonaisvaltaisesti. Me teemme 3D-tulostuksen helpoksi!

3dstep7

Biomimicry: Products by Nature

During millions of years the Nature R&D has created products, services and systems that are unbeatable in strength, features, energy efficiency and purpose for function.

They meet the technical, individual, social and survival requirements. Some of the products are outliers, very strange experiments, that have shown the way for the breakthrough innovations and strategic novelties (Ref. Välikangas, Strategic Innovation).

20170114_112315 20170114_113730

In Nature products, form always follows the function – a principle often valued also in industrial design of our times. The details in microstructures, such as bones, or larger macrostructures, such as spider webs and trees, are very difficult to copy. We have major difficulties in copying the same efficient structures, materials and adaptability in products made by man.

The advances in 3D and 4D printing technologies and new design tools empower us to copy Nature. The approach is called biomimicry. 3D design software and 3D printers are already able to create structures, forms and features that are directly copied from Nature. 3D design tools start to have functions that allow the designer to implement biomimicry and topology optimisation.

topologiaesimerkki-pieni topology-tuoli biomimicry-bone

Figure: 3D printed structures with biomimicry

New requirements

The capability of applying biomimical features in product design will trigger new needs and requirements for the next generation products. The requirements may be, for example, radical weight optimisation, flexibility of metal parts, resilience or better energy efficiency.

Parametric design is a core approach for biomimicry. The next generation design softwares will have parametric design as a standard feature. Accordingly, future product designers need to have capability to observe and understand biomimic rules, and translate those into product features.

So what?

Biomimicry opens new avenues for making great optimised products using industrial manufacturing systems, especially with 3D printing. Although Nature has created fantastic and rich variety of products, the mankind has not been very good in creating products with similar efficiency and sustainability.

Biomimicry is currently applied only in limited ways in our design processes. However, there are already great examples in architecture and large structures, for example in buildings and bridges.

e200ec4aba8e10ed3cdcfedacfb9dd0e bridge

Figures: Left: Dynamo Stadium, Russia. Right: the first 3D printed pedestrian bridge in Spain (Acciona, IAAC).

Our next steps in education, product development and manufacturing should include:

  • Imagination: We must develop better capabilities for wild imagination in product development. Next generation products are built differently, increasingly with the ideas from nature.
  • Outliers: Next generation products are today’s outliers, rather than evolution from the mainstream products. We need to have curiosity to explore and study the unlikely.
  • Right questions: Biomimicry optimizes the function. Hence the designer needs to keep asking: What the design needs to do and why it needs to do that?
  • Product evolution:  Nature is efficient in iteration, continuous prototyping, serendipity and learning from failures. Biomimicry leads us to new product development processes.
  • Tools: Although 3D printers can implement biomimicry, they are not optimized for that. We need to develop better 3D printers and materials that open the new cost efficient industry for biomimic products.

 

References

  • Parametric design. https://en.wikipedia.org/wiki/Parametric_design
  • Strategic Innovation – The Definitive Guide to Outlier Strategies (2015).  Liisa Välikangas; Michael Gibbert

 

(c) Pekka Ketola, January 2017

Reactions

Why people turn down the opportunity with 3D printing?

During the past year I have discussed with several industries and disciplines about the possibility to apply 3D printing technology in their activities in some form or another. I have been curious about the new opportunities and visions people create when they are faced with new technology, and also about the fears and sceptisism.

google 3dp

Metal 3D printed part

The discussions have taken place with people from manufacturing, construction, education, arts, making of musical instruments, bike builders, museums, designers, researchers, handcrafts, subcontracting, OEM, and many more.

In most cases the discussions and first reactions take similar paths: ”Our business is so conservative and traditional that I don’t see 3D printing coming into our activities in any way. The technology is far too expensive for us. And I believe, 3D printing is not mature enough or reliable for our business.” And they are right. This is of course the case when you come from a tradition and have established well-working and optimized practises.

Does this sound familiar? The experiences and encounters are more or less similar among all 3D printing evangelists and practitioners when they discuss with nonbelievers.

Simultaneously exploring the same industries and disciplines yields numerous examples and use cases how people already apply 3D printing in that specific application, industry, or discipline, and generate revenues with the new technology. The same observation emerges by looking at the industry forerunners and industry reports. 3D printing is applied in new areas and applications every day.

 

”No additive process (3D printing) can duplicate strength of the base material that could have been cast, moulded or machined from bar, let alone compete with the complex structures of composites” (Bike expert, 2013)

”First metal 3D printed bicycle frame”, ”Custom 3D printed titanium mountain bikes”, ”Robot Bike Company teams with AM experts on custom 3D printed bike frame”, ”Custom 3D Printed Carbon Fiber Bike Frame” (News titles on 3D printing and bikes, 2016)

What can we learn?

  • Forerunners do change the industry. Whatever business you think of, there is already somebody applying or exploring 3D printing. The number of these forerunners is overwhelming. And they seem to turn exploration and demonstrations into new businesses very quickly.
  • We are dealing with the phenomena of fast and slow thinking (Kahnemann). This is something deeply human which we can’t avoid. Fast thinking is automatic reaction that focuses on maintaining status quo and safety. It is often irrational and based on the incomplete, even conflicting, information that we have in the active memory. To my mind, forerunners are masters in slow thinking – combining and creating new information with deeper thought, and passing the phase of fast thinking without damage.
  • There are knowledge gaps. It is obvious that most of us don’t know enough about 3D printing and current status. And why should we? The technology is developing fast and it is really worksome to get proper information beyond the hype texts, successful demonstrations (forgetting the failed ones) and videos.
  • Consistency. It is interesting that the protective attitude against applying 3D printing is so similar across people and professions. Why guitar builders think that 3D printing will never come to their business? Why metal manufacturing company uses exactly the same words to turn down the opportunity?

 

3dvarius and classical

Classic violin and 3D-printed electric violin 3DVarius play together

The industrial renaissance and digitalisation, where 3D printing is one essential element, is a great task for all educators, knowledge generators and advocates. We all will be challenged by the new opportunities, the inefficiency of old practices and by the new business models and economy that have started to emerge.

We must think slow.

Pekka Ketola, June 12, 2016

3DSTEP & ideascout. www.3dstep.fi