How to find the future products?

3D printing is a promise for radical new concepts, products and functionalities that have never existed before. Unfortunately only less than 1% of us can imagine truly new things. We are mostly copying and variating earlier ideas.

So how can we find the truly new products and future-proof solutions ? Here are some strategies for this.

Innovation can take place at component or system level. The novelty can be considered by the impact it has (incremental, radical).

Figure 1. Dimensions of innovation by Joe Tidd.

In this article we talk about exploration for new products that are made possible by 3D printing. Exploration is the activity when the organisation seeks future product directions and opportunities.

Grounded vs. disruptive exploration

Grounded exploration emphasizes systematic development and logical improvements to products. Disruptive exploration is based on “soft” and creative practises, such as pure creativity, allowing unexpected combinations, and taking higher risks. Grounded exploration may be more common in established engineering companies and disruptive exploration in agile start-up companies.

There are always more options than can be explored and implemented. It is difficult to know which direction to take and where the markets and competition will be. The explorer is in similar situation as an astronomer trying to see distant stars – it is difficult to see far due to distance or other disturbing factors (Figure 2).

In grounded exploration the designer sets first the criteria for exploration and then studies the opportunities. In disruptive exploration the criteria for new products are set later when the opportunities are perceived.

Figure 2. The problem of identifying the right opportunities

Logical vs. non-logical

Logical approaches lead to predictable innovations and can be deducted by looking at the premises, user needs, competition and technology advances. Example activities:

• Extend and improve the products to predictable directions, for example based on user feedback.
• Update the applied design tools and technologies.
• Change the product strategy according to user or business needs.
• Apply user-centred development processes.
• React to competition.

Non-logical approaches lead to ideas and innovations that are not obvious by looking at existing knowledge or premises. Non-logical approaches emphasize designers’ ideas, inspiration and unexpected technology combinations. The areas explored can be in conflict with the results from logical thinking. Example activities:

• Extend the concepts or features to non-predictable directions
• Try unknown or unproven solutions.
• Challenge the knowledge from market research.

Target oriented vs. open ended

Target oriented approaches aim to fulfill a pre-defined goal, such as certain features, market share, price, design or customer need. The activities as a whole establish an exploration ”lense”. The pre-defined goal is the focal point for the lense. Example activities

• Explore only ideas that support strategic (primary) goals
• Fix errors.
• Add features.
• React to feedback.
• Design for synergies across features

Figure 3. Target oriented exploration

Open ended approaches. In this approach the mission is simply to find new, without pre-defined limitations and with minimal guidance. Existing opportunities and unexpected findings are seen as “lenses” that lead the exploration towards undefined goal. The target comes visible when different combinations are tried and studied. By applying ”lenses” at different situations during exploration, different objects and possibilities come visible. Examples

• Explore with non-strategic (secondary) goals
• Maximize the generation of new ideas and combinations of ideas. Focus on quantity rather than quality.
• Make design perspectives (Where we are heading?) and take perspectives (Where are we now?)

Figure 4. Exploring the unknown with opportunities

Rational vs. irrational

Rational approaches look to directions and solutions that make sense and can be justified with business goals, expertise, or data. This approach is similar to logical approach, but the emphasis is in “common sense” and intuitition – “We know there is something”. Team’s expertise and quiet knowledge play important role.
The concept of gravitational lenses clarifies the situation: you have observations indicating that something is behind the obstacles, but currently you can observe and explore only second hand indications. Examples activities:

• Extend the ideas with known and justified use cases and ratioanl details
• Assume emergence of certain trend, technology, customer need or user behaviour
• Ignore some known limitations, uncertainties and risks, but with a good reason

Figure 5. Gravitational lense. A gravitational lense is formed when the light from a very distant, bright source (such as a quasar) is ”bent” around a massive object (such as a cluster of galaxies) between the source object and the observer. Souce: Wikipedia

Irrational approaches emphasize ideas that stem from non-rational user needs or simply playing with available technology and design options. Although people are capable of rational thinking they very often act irrationally or have irrational needs. For example, market research may reveal expectations or latent needs that can’t be explained by rational analysis.
For example, explore solutions that emphasize ”beauty”, “joy”, “happiness”, “showing off” that are difficult to explore, model and manage with rational mindset. This approach requires high degree of creativity and freedom, good modeling tools, but still proper understanding of the doable vs. not-doable elements. For example:

• Apply irrational (not justified, not predicted by theory, not logical) elements in the ideas, such as playfulness and “wov”. Consider also very short lifetime vs long lifetime of a product idea, since these lead to different concepts.
• Work with artists, people with creative talents, lead users, etc.
• Explore beliefs, religions and other non-scientific areas that guide people’s behaviour and markets.

Incremental vs empirical

Incremental approach aims to add new elements into existing products and systems, i.e it studies what is missing part. Incremental exploration is maybe the easiest and safest option to go, but will not contribute to a new product strategy. In this approach we accept also negative increments, i.e. changing the concepts by removing existing elements.

Figure 6. Incremental approach

Examples:

• Which functions / elements could be added to existing products and systems?
• Which functions / elements could be removed from existing products and concepts?
• Which features could be combined or integrated?

Empirical approach

Empirical or new-creating approach aims to define fully new strategy or direction for product innovation and concepts. The work of a designer resembles the work of an artist who applies different kinds of methods, technologies and techniques in a flexible manner in a process of appreciation, action and re-appreciation, constantly reflecting on his own work. The empirical approach designers rarely follow the methodology prescribed by normative theories.

Figure 7. Empirical approach

Examples:

• What could be created from the given elements?
• Which new user functions, features or designs could be proposed?
• Focus on outliers! Outliers are ideas and concepts that seem not to fit with ”proper” ideas and are not compatible with the mainstream solutions.

Strategies for exploration

We can’t directly see to the future. It would be nice if we could. The future is hidden beyond time, trends, technology advancement and unexpected events. Fortunately we can see signs of the future everywhere around us, such as megatrends, trends, silent signals, outliers and research results. Astronomers have similar problem when they try to see galaxies and black holes that hide behind massive systems in space.

Here are four strategies to apply when identifying the opportunities for future products or systems.

1. Lenses to future

Use exploration ”lenses” as descibed in the sections above. Try to see the new opportunities and accept unexpected findings.

2. Wind Approach

Imagine you try top navigate straight from west to east and there is strong north wind. In order to reach the destination you actually need to aim to north east. This gives a different route and new parameters for the exploration.

The Wind Approach is a method for product innovators seeking future product ideas by embracing the unexpected and venturing into uncharted territories. Inspired by the way a navigator adjusts their course when faced with adverse winds, this approach challenges traditional thinking and encourages innovative solutions to emerge. By intentionally deviating from the conventional path, the Wind Approach opens up new dimensions of exploration and unlocks a plethora of exciting possibilities.

Methodology:

1. Defining the Destination: Start by identifying the overarching goal, problem or product idea you aim to solve. This represents the ”destination” you want to reach through innovation.
2. Mapping the Traditional Route: In the absence of any constraints or challenges, chart out the most straightforward route to your destination. This represents the conventional approach to innovation.
3. Identifying the Wind: Introduce a disruptive element or constraint that mimics the strong north wind in the analogy. This could be a limitation, a constraint, an opposing trend, or an unconventional perspective.
4. Adjusting the Course: Just as a navigator adjusts their course to navigate around the wind, deliberately deviate from the traditional path. In response to the introduced constraint, pivot your perspective and consider alternative directions.
5. Finding the North East: Instead of simply overcoming the constraint, use it as a guide to explore new destination, new routes and dimensions. Like aiming for the north east in the face of a north wind, seek out unconventional ideas and opportunities that arise from accommodating the constraint.
6. Exploring New Parameters: The Wind Approach prompts you to redefine the parameters of your innovation exploration. As you navigate around constraints, you might discover unexpected intersections between ideas, designs, materials, industries, or technologies. This can lead to the creation of entirely new product concepts.

Possibilities and Benefits:

• Divergent Thinking: The Wind Approach fosters divergent thinking by pushing innovator to question assumptions and break free from linear thought patterns. This can lead to solutions that might not have been considered otherwise.
• Cross-Disciplinary Insights: Embracing constraints can open doors to collaborating with experts from diverse fields. The process of navigating constraints often involves borrowing insights and techniques from unexpected sources, fostering cross-disciplinary innovation.
• Unique Value Propositions: By embracing challenges and constraints, you can arrive at product ideas with unique value propositions. These ideas might solve problems in ways that resonate deeply with users or disrupt established markets.
• Innovative Problem-Solving: The Wind Approach encourages creative problem-solving, as the need to circumvent constraints can lead to elegant and unexpected solutions.
• Market Differentiation: Products conceived through the Wind Approach are likely to stand out in the market due to their unconventional nature. This differentiation can lead to stronger market positioning and a competitive edge.
• Innovation Mindset: Continuously applying the Wind Approach can cultivate an innovation mindset within teams and organizations. It encourages a culture of adaptability, resilience, and open-mindedness.

3. DreamForge approach

DreamForge is a design methodology that harnesses the power of AI-based image generators, or any other system that amplifies the exploration space digitally, to create visually stunning and highly intricate product concepts. Unlike traditional design processes that rely solely on human creativity and constraints, DreamForge taps into the limitless potential of AI to generate products that transcend the boundaries of reality. This methodology leverages advanced machine learning algorithms to produce designs that are rich in complexity, detail, and innovation.

Figure 8. Product exploration with DreamForge. Image by Midjourney.

Key Steps:

• AI Training: The DreamForge methodology begins with training AI models on an extensive dataset of existing 3D designs, art, and various visual inspirations. This enables the AI to learn patterns, styles, and artistic elements. This step is not always needed, since generative AI:s may have sufficient data already in place.
• Creative Seed: Users provide a basic idea or concept as a creative seed to guide the AI’s initial design generation process. This seed could be a vague description, a set of keywords, or even an abstract image.
• AI Design Generation: The AI takes the creative seed and generates a diverse array of design concepts. These concepts can be wildly imaginative, incorporating elements that human designers might never conceive.
• Iteration and Refinement: Users review the generated designs and select the ones that resonate with their vision. They can provide feedback to the AI, which then refines subsequent design iterations.
• Customization: Users have the option to customize and fine-tune the selected design, adjusting specific details, scales, and features to align with their preferences.

Benefits of DreamForge:

• Unbounded Creativity: DreamForge unleashes a new level of creativity by producing designs that defy conventional boundaries. AI-generated designs introduce novel shapes, patterns, and aesthetics that push the limits of imagination.
• Efficiency and Speed: Traditional design processes can be time-consuming and iterative. DreamForge accelerates the design phase by rapidly generating a multitude of unique concepts, expediting the creative journey.
• Intricate Detailing: The AI’s ability to incorporate millions of intricate details and nuances results in designs that possess a depth of complexity that would be nearly impossible for a human designer to envision.
• Idea Exploration: DreamForge is a powerful tool for exploring design ideas that may have been overlooked or deemed unfeasible. Users can visualize concepts they might not have considered otherwise.
• Personalization: Users can inject their personal preferences into the design, ensuring that the final product reflects their unique style and taste.
• Innovation Catalyst: DreamForge serves as a catalyst for innovation, inspiring designers, artists, and creators to break free from conventions and explore uncharted territories of design.

4. VisioForesight approach

VisioForesight approach is a scenario planning method that helps explorers anticipate and navigate a range of potential product futures. By crafting detailed stories of plausible yet diverse outcomes, scenario planning empowers decision-makers to be proactive, adaptable, and ready for whatever product opportunities tomorrow may bring.

Methodology

1. Define X and Y Axes: In the context of business scenarios, the X and Y axes often represent two key dimensions or variables that influence the scenarios. Similarly, in the context of product exploration, you could define two axes that capture essential aspects of the product. These axes could be factors like ”Functionality” and ”Aesthetics,” ”Complexity” and ”Simplicity,” or any other relevant pair of attributes.
2. Explore the Four Fields: Once you’ve defined your axes, you can divide your scenario map into four quadrants, each representing a distinct combination of attributes. For example:
   • Quadrant I: High Functionality, High Aesthetics
   • Quadrant II: High Functionality, Low Aesthetics
   • Quadrant III: Low Functionality, High Aesthetics
   • Quadrant IV: Low Functionality, Low Aesthetics
3. Applying this Approach to Product Exploration: Let’s say you’re designing a smart medical device. You could use the axes ”Innovative Features” and ”User-Friendly Design” to create your scenario map:
   • Quadrant I: Device with Cutting-Edge Features and Intuitive User Interface
   • Quadrant II: Feature-Rich Device with Complex User Interface
   • Quadrant III: Visually Stunning Device with Simplified Features
   • Quadrant IV: Basic Device with Limited Features and Usability
4. Benefits: Structured Exploration: This approach provides a structured framework for brainstorming and exploring different product ideas based on specific attributes or dimensions.
5. Idea Generation: By systematically exploring each quadrant, you ensure that you consider a wide range of possibilities and avoid overlooking potential ideas.
6. Evaluation Criteria: The scenario map offers a way to evaluate and prioritize ideas based on the attributes represented by the axes. This can help in aligning product ideas with your overall design goals.
7. Visual Representation: The scenario map provides a visual representation of the product landscape, making it easier to communicate and collaborate with team members and stakeholders.
8. Informed Decision-Making: By mapping out different scenarios, you can make more informed decisions about which quadrant aligns best with your target audience, market trends, and business objectives.
9. Holistic Approach: Considering both functional and aesthetic aspects ensures a holistic approach to product design, leading to products that not only perform well but also engage users visually.
10. Diverse Range of Ideas: By changing the attributes on the axes, you can adapt the scenario map to different products and explore a wide range of design possibilities.

Conclusion

There are many avenues for finding future products. Some require systematic work and some are based on imagination. Maybe the best results are achieved by hybrid approaches, where both aspects are applied.

This article is a preview to a wider work that brings new tools to the creators of future products, especially to support the imagination challenge of 3D printing. Stay tuned!

All comments and feedback are highly appreciated!

Pekka Ketola, August 28, 2023

Digital is physical is digital

Metaverse is a new continent to be explored. It is reachable to all. It is everywhere. Yet it is nowhere. Metaverse is lands, islands, cities, houses, people in the houses, events, machines, roads, vehicles and everything you can imagine. Yet it is all digital.

In January 2022 Finnish company Zoan launched Cornerstone.land, a place that exists only in Metaverse and place to buy properties. In June 2022 Meta announced the launch of a digital clothing store that will allow users to dress their avatars in Metaverse. In September 2022 Walmart entered Metaverse to offer kids the ultimate virtual toy destination.

Objects in Metaverse are virtual. You can see, touch, design and build them with virtual tools and interfaces. Could they become tangible real objects somehow? Can we build wormholes between virtual worlds and our physical world? Will you be able to bring the virtual dress you bought in a Metaverse into your wardrobe?

Source: thefabricant.com

The patient imaging data created by radiologist in a hospital is in a specific 3D format and can be viewed as 3D pictures. It can also be transformed into 3D printable format. The same possibility applies to all objects in different 3D formats. Today the transformations may be difficult or need special expertise and computing.

What happens when these transformations between 3D formats and systems are easy, automated and accessible to all? Further, what happens when (almost) any digital object can be 3D printed?

I wrote the first blog in 2015 predicting several changes that 3D printing will initiate in production, logistics, value networks and personalization, for example. Most of those are now reality and everyday features. 3D printing technologies and services evolve rapidly, such as photo realistic 3D printing with millions of colors. I believe the next big innovations will be about the wormholes between digital and physical worlds enabled by advanced 3D printing technologies, platforms and services.

For example:

1. An object in any digital environment can be additive manufactured as real object, for example a dress, spare part or toy. The process will be automated and straightforward for the end user.
2. An object in the physical world can be transformed to a digital object and imported into the virtual world. The tools will be integrated in everyday systems, such as smart phones, empowered with advanced AI engines.
3. New businesses and services will emerge for handling the co-existence of digital and physical objects.

Obviously not all objects will be possible to have this kind of co-existence of digital and physical. There are limitations in handling some materials, functionalities and features in the transformation. However, there are already endless cases when this is possible.

When you and I try to figure out when this would make sense, I’m pretty sure we both think of everyday objects that are familiar to us. However, at this point we can let our imagination run a bit further.

In Metaverse or in any digital environment, such as an online game, we can have superpowers to make unimaginable objects and features, such as shoes that let us fly with built-in jet engines. It may be difficult to implement such rocket shoes in the real world even with the most advanced future 3D printer. However, the new imagination tools will help us to imagine new shapes and features that are possible to make, such as lightweight structures and unexpected designs which we will never invent in the real world.

On design principles for 3D printing

Why classic piano and violin are fundamentally different for the musician? A piano has keys, which give the exact pretuned sound. The musician has no power to adjust the pitch of a single key while playing. A violin fingerboard, on the opposite, gives the player a full freedom to play any pitches. For creativity, violin gives wider opportunities and less limitations.

Categorization sets limits on what we are able to design and make. If we prefer a design idea, say ”topology optimization”, this tends to push other ideas out of sight. We like to make things easier by categorizing, selecting tools, setting limits and organizing. Could we amplify the designer’s thinking space?

Why, what and how

A straightforward and practical design answers the question how an object is designed. The result is a concrete design or product. The commission defines what is designed, such as spare part for specific system. The result can be a specification or requirements document, for example.

We are interested in the wider question, why something is designed and made. What is the purpose of a system? And what might be results of this question?

In this writing I’m trying to draft principles for designing 3D printed systems by looking at nature, engineering and art. I’m not a designer. Hence my approach is more philosophical and aims to look at design from other perspectives than technical ones.

Nature

What is the aim of biological ecosystems? When there is shortage of water, plants react by decreasing the consumption. When there is plenty of light, good soil and humidity, plants speed up growth. When insects attack trees, trees warn other trees and generate ways to fight back. Over the time, evolution improves the ”designs” and all living adapts to the evolving environment.

Ecosystems aim to maintain and balance the overall system. This is fundamentally built-in in everything. All details, features, communication, collaboration in nature is fine tuned for maintaining the balance. The mechanisms are inherited and improved over the generations in flora and fauna. Also most human made systems aim to maintain and balance status quo (See: Peter Senge: The Fifth Discipline).

Our purpose and design principle 1 is Maintaining the system. When designing features for a machine, component or spare part, we can ask: How the overall functionality can be improved for maintaining the balance of a wider system? Or: How our solution maintains the balance in the surrounding context: people, machines, systems and eventually businesses.

Can we design components or entire systems that react, interact, communicate and adapt with others? What kind of technologies and features we could adopt to make objects capable to maintain the systemic purpose? We can play with transforming materials (4D printing), IoT, signalling, sound and vibration, embedded reservoirs, channels, sensors and actuators, machine learnging, and by expecting similarish features from other interacting components. Many of the maintaining ideas and features can be copied from biological systems (biomimicry).

Art

What is the aim of art? This question is explored in book Strange Tools: Art and Human Nature (Alva Noë, 2015):

”Art, really, is an engagement with the ways in which our practices, techniques, and technologies, organize us and it is, finally, a way to understand that organization and, inevitably, to reorganize ourselves.”

Creating art is a design process and requires tools. For musician the tool may be the instrument. For choreographer it may be the human body. For painter the tool consists of colors, brushes and canvas. Depending on the type of art, the tools are natural and fit with the purpose.

Art organizes ideas to entities that become perceivable. Sometimes art gives answers, but more often it raises new questions and forces us to think. Art helps us to see more. Art empowers us to think and create ideas that we wouldn’t be able to think or understand without it. For example, a musical performance can reveal emotions that you were not aware of. Leonardo da Vinci was a master in pinpointing the details by using visual effects to highlight (or hide) and give life to paintings.

Salvator Mundi. Painting by Leonardo da Vinci.

Our design principle 2 is Explaining and raising questions. When we design a product a or systems, we can ask: how the system can help us to better understand it and its’ purpose in the wider context? Why does this specific system or product exist?

Can we use technologies and solutions from arts to make things understandable, to highlight features or to communicate status? What can we do with colors, shapes, sounds, movement, materials, by breaking conventional boundaries, collaboration, by abstraction or realistic presentations, or by bringing together unexpected elements? Can we pinpoint or hide features by adding or removing material, by creating transparency by design or enabling other elements to connect with our system?

Leaf bridge was project (2018) to bring together art, biomimicry, materials, engineering and purpose.

Leaf bridge.

Engineering

”Engineering is the use of scientific principles to design and build machines, structures, and other items, including bridges, tunnels, roads, vehicles, and buildings.” – Wikipedia-

What is the purpose of engineering? Engineering brings together the best knowledge we have about a specific domain and challenges us to seek better solutions. It creates new technical artifacts for specific needs by bringing together the right skills, technologies, innovation and leadership.

Engineering and art are similar in many ways. Appropriate technologies, methods and tools are needed to reach the goal. Collaboration and cross disciplinarity are fundamental prerequisites in most projects. While art aims to explain or raise questions, engineering aims to give answers: this is how you do it.

Engineering solution need not be always perfect. Often good enough or better than earlier is ok. Engineering result is a snapshot in the story of technical evolution.

Our design principle 3 is Continuous improvement and technical curiosity. When we design new artefact, we need to ask: Which tools, methods, principles, competences or ideas will lead us to better solution this time? What should be different than earlier? What new is available? Should we get rid of some old thinking?

The history of mankind is the story of technical evolution, victories and continuous strive for better life. Unfortunately many of the brightest inventions have turned against us in the global scale, such as the many avenues leading to climate catastrophe.

What if all engineering would fundamentally consider the systemic implications of the solutions, going beyond single business case? Not only asking how, but also what and why? Instead of building better products, building better planet? It might be useful to understand what is the mechanism how good inventions lead to bad results over time.

Summary

Our three design principles are:

1. Maintaining the system
2. Explaining and raising questions
3. Continuous improvement and technical curiosity

There has never been as many artists, innovators and engineers as we have today. We have the brightest and fast evolving technologies, materials and tools in our hands. We can collaborate globally and share ideas quickly.

Why, then, we are not really learning from the best teacher, the nature, about creating sustainable systems and environments? What would happen if we really could learn and implement?

3D printing is a globally emerging approach for creating sustaible systemic solutions. Today some of the ideas mentioned in this article can be implemented with 3D printing technologies. In the future, most of the ideas are feasible. For example, self maintaining systems are already explored in numerous research groups. Artists have started to use 3D printing and many ideas are transferred to products. 3D printing enables fast iteration and cost efficient exploration of new ideas.

3D printing eliminates many practical limitations, in the same manner as violin gives full freedom for artistic creativity.

Pekka Ketola, 3.1.2022

The sport of 3D printing

3D printing has become a standard tool for athletes. It can be used to improve ergonomy and performance in traditional sports, and to enable sports and exercising for paralympic athletes and hobbyists, in the first place

3D printing was widely present in both Tokyo Olympic games 2021 and Tokyo Paralympics 2021. Applications were seen in numerous sports and also in olympic arrangements.

Some Tokyo 2021 examples below:

Olympics

• Olympic rings were 3D printed from recycled plastic bottles. The bottles were crowdsourced from the city.
• 3D printing was widely applied in athletes’ footwear. Most medalists had 3D printed insoles.
• 3D printed custom pistol grip improved eronomy and accuracy (Celine Goberville).
• 3D printing was applied in developing innovative racing bike solutions for the Great Britain Cycling Team.

Paralympics

• 3D printing was used to improve grip and ergonomy in special gloves, for example for wheelchair racing.
• Bike pedal structures were designed and 3D printed to match the individual needs of athletes.
• Custom fit crank arms and and grips were 3D printed for racing wheelchairs.
• Para-athletes with missing fingers, for example, had 3D printed accessories (Taymon Kenton-Smith).

Comprehensive list of 3D printing examples in professional sports during the past years would be very long. It is obvious that sports is great innovation platform for 3D printing. I’m excited to see the new solutions in Paris 2024.

Extreme personalization

The atheletes need to persistently optimize their performance and anticipate the details of forthcoming competition. 3D printing can often be part of the solution. The solution must exactly fit with the athelete’s needs at a specific point of time for extreme performance. For example, a sudden injury may change the need rapidly.

Solutions are created with skilled teams where the athlete is key person in the collaborative design team. Ideas can be copied from elsewhere, but the final product is always fine tuned solution, based on innovation, data, design, production, iteration and testing.

Reaching the best possible quality is a fundamental requirement. Sometimes the solution needs to be available in couple of hours, for example as unexpected need for a spare part. The team needs to perform and be ready for solving tricky problems.

Translation to normal life

Athletes are forerunners in finding ways how 3D printing can serve us all. Solutions developed for top performance can be translated to wider uses, in the same way as Formula1 developers create innovations that are applied in car and other industries, such as aerodynamics and carbon fibre technology.

In my vision, Olympic 3D printing innovations will translate, for example, in

• Developing fast and high quality idea-to-implementation processes
• Enabling tasks that were earlier impossible for individuals
• Developing task specific tools and accessories for wide range of professions
• Solving problems related to ergonomy and occupational health
• Creating cost efficient solutions for accessibility
• Innovative uses of emerging 3D printing materials
• Design innovations
• Developing functional products.

Are you interested to collaborate on developing sports inspired solutions with the help of 3D printing? Let’s talk!

Links

• 3D printing in Tokyo Olympics 2021
• 3D printing in Paralympics 2021
• 3D printing for paralympic bows

Functional products

What is the next generation of 3D printed products?

When the first applications of commercial 3D printing emerged, they were mostly about appearance models and prototypes. These are still, and will be, powerful and valuable applications in many businesses. During the past 10 years we have seen radical development in design tools, materials, 3D printing technologies and skills. 3D printing is now serious and reliable manufacturing method for end products, product series and spare parts in all industries. We have 3D printed products that are beautiful, optimized in many ways and serve perfectly for the intended purposes.

Is this the end of evolution? Not even close! We only start to have a good platform to imagine the future systems, after practising the technology basics and having a vague understanding of what we can make. So, here is my vision for the next generation products, made with the help of 3D printing.

“The future is already here – it’s just not evenly distributed.

– William Gibson –

Examples

1. Interactive products will merge different technologies seamlessly, and interact with the user, system or environment in many levels. This future window is cracked open by Anouk Wipprecht. Products like Spider Dress or Proximity Dress show how products can sense and react to data or different signals from the environmnent.
2. Personal amplifiers will give new capabilities to people. Paralympian athletes already use 3D printed prosthetes and appliances to support with a given sport, for example to run faster with spring-like artifical legs. Exosceletons are used to help lifting heavy weights. When this opportunity develops to the next level, we will build products that give us strength, better senses or capabilites never seen before. In the future we may have bionic olympics that drive the development of personal amplifiers in the same ways as Formula 1 races drive the development of better cars.
3. New vehicles. In 1950’s the dream of a flying car emerged. Now we start to have manned drones. There are many obstacles slowing down the wider adoption, such as manufacturing cost, safety, regulation and non-existing traffic management systems for these small manned vehicles. Putting obstacles aside, let’s just ask, is it doable to make low cost flying vehicle? The concept was presented by Janne Kyttänen in his vision about 3D printed manned drone. By using suitable materials and careful optimized design, the body of the vehicle can be 3D printed in few hours with a large format 3D printer. The rest is about putting electronics, motors and other components automatically in place.

3D printed manned drone. Model 3D printed by 3DStep. Design by Janne Kyttänen.

The making of functional products

The next generation products will be based on strong systemic view. It is not about having perfect components, optimized for specific features, such as cooling or minimizing materials, but about justifying the whole reason for a product the be realised. We can make optimized components for an airplane for saving weight, or we can design new categories of sustainable flying vehicles.

The next generation products will gracefully ignore the boundaries of sciences. Rich multidisciplinary knowledge is applied to achieve the goals, such as making technology products that react with biosignals and apply artificial intelligence to perform better in a certain social context.

We will master the whole spectrum of available materials. Already today 3D printers can use an unbelievable range of materials, from living cells to tailored metal alloys. New materials emerge practically every day with amazing features. Making of the next generation functional products is not about if there is suitable materials available, but being able to define which features we want want to have in the products.

Strategic guidelines

What steps we should take towards the next generation functional products?

Collaboration is the key. Now we simply need to take collaboration into new levels. This happens by global ventures, connecting individuals, teams and developers with the help of smart development platforms. Facilitating trust between stakeholders is a mandatory activity.

Maximize creativity and imagination. Development projects are often defined by business case or ROI. The are often justified, but to maximise creativity and innovation we need more value based motivators. We, as humans, get fundamentally motivated by other things than money, especially when we face the opportunity to create radically new.

Extreme multidisciplinarity. As mentioned earlier, we need to ignore the boundaries of sciences. Products and systems of the future use the best of what humans or nature have ever invented. A powerful way to guide the development is to establish global development funds that require connecting sciences in unexpected ways. In local level great examples are, for example, hacker and maker communities, such as biocurious.org, which are based on citizen science, curiousity and co-learning.

Lets’ make it.

Pekka Ketola, February 18, 2021

CEO 3DStep Oy & Ideascout Oy. Innovator. LinkedIn

Proximate manufacturing

Global business is increasingly about design and innovation and less about low cost. When speed-to-market and reacting to customer needs are valued, finding design and production facilities close to markets make sense.

In the past the digital technology revolution was about geographically dispersed production networks. In the future, digital technologies bring biggest value close to customers due to supply certainty, better interaction, higher customization and resource saving.

New technologies, such as #3dprinting and #robotics, facilitate the rise of proximate design and manufacturing. Global supply chains will have a role, but phenomena such as neo-nationalism, protectionism and global logistical disturbances trigger the rise of local supply chains and production close to prime urban locations.

Examples: Amazon & Whole Foods, Under Armour, Adidas, Nike & Flextronics.

Thanks @MariSako for great thinking! More ideas in: Technology Strategy and Management – Free Trade in a Digital World by Mari Sako, CACM 62,4 2019

11.3.2020

Why (the idea of) freedom of design matters?

People who don’t know too much think that with 3D printing you can create almost anything, and that there is complete freedom of design for practitioners. People who know too much tell us this is not true. Which point is more valuable?

I studied for my master’s thesis ~1990s. My major was computer science. Only at the end of the studies it became possible and economically feasible to have an own computer at home! At that time, nobody (except some visionary gurus) really believed that computers would one day be everywhere in our lives. But we had the emerging idea that something like that might happen.

In my first job as designer we were developing the first Nokia communicator with the idea that Internet would be in everybody’s pocket. Hah! We hardly had functional Internet on the planet. The idea of everybody having a mobile phone was crazy. Not to mention the possibility of having Internet in the mobile phone, available for online surfing everywhere. But we had the vision driving the development. Quite soon we sent the first ever email from a mobile phone.

Now and then we see phenoma that inspire global thinking in masses. 3D printing is such thinking platform! The sole idea of 3D printing may be more valuable than the technological reality today. It empowers millions of people to safely envision about the biggest opportunity of new level of manufacturing and products. To think about what might be possible, even when you don’t know enough about the technology. Dreaming is the most powerful innovation tool.

Thinking platforms are needed to collaboratively understand or dream of what might be possible, and then go for it. It is crucial to be able to safely and creatively produce knowledge about the possible future. It is motivating for all disciplines to set goals that seem to be impossible to reach even with sufficient resourcing. With great goals humans can achieve the impossible.

Disruptions have tendency to come unnoticed and quietly. And 3D printing is next on the line for global disruption. It generates a number of related opportunity avenues, such as materials innovation, logistics, business models and design methods.

It really doesn’t really matter if freedom of design is entirely true today. It matters that we have the inspiring possibility to think about the new design space and to develop wild ideas. Most of the dreams will realize at some point of the time.

Pekka Ketola Jan. 22nd, 2020

Local manufacturing and rapid products

This is short envisioning about local manufacturing and 3D printing. If you are in a city or industrial area, imagine drawing a circle of 100m diameter around your location. What are the activities taking place in the area? Look out from your window and simply list what you see.

There are probably offices, homes, shops, services, small and large businesses, bikes and cars, maybe kids playing. Everyday activities take place, such as renovating, maintaining, adjusting, breaking things, repairing, fixing, improving, problem solving and generating new ideas. There is continuous need for solutions to make life easier.

Local manufacturing is the concept of making products close to customers and users. The idea is not new. Thousands of years people have made all they need close to where they are using the available simple materials, and often asking help from the community.

Global competition and strive for efficiency has led to centralized and optimized manufacturing in bigger volumes and in places where the production is most efficient. Local manufacturing has not been the winning concept in recent decades. However, new era seems to be starting due to the demands for sustainability, circular economy and digitalization.

We have 3D printing solutions to design, manufacture and deliver all kinds of products, spare parts and components in less than 24 hours. This exists today, but it is not yet reality everywhere (as is the case with all future cracks). Do you know where is your nearest local service to have products or spare parts 3D printed?

What kind of 3D printed parts the local customers inside your 100m radius might need? For example at home:

1. Spare parts to fix broken handles, toys, gadgets.
2. Special tools to improve accessibility, health, safety or ergonony
3. Affordable design objects to make things more personal or esthetic
4. Special holders for lights, cables, bike appliances, etc
5. Prototypes to support design drafting or ideation project
6. Appliances for pets (dogs, cats, aquarium).
7. Tools and parts for hobby, such as knitting or sports

Figure: 3D printed table light. 3D printed with wood composite, plastic and metal. Design: Origo Engineering. 3D printing: 3DStep.

Rapid products

3D printing is ready for competitive local manufacturing and new business models. Faster technologies, better software and widening offering of materials are introduced every week. Maybe the concept for future is rapid product.  Today’s 24 hour delivery time will shrink to <1h deliveries with the help of smart design tools, very fast 3D printers, digital platforms and innovative delivery strategies.

What will be the extreme customer experience for rapid products in the future? It will be close to magic. It is simple. Almost like using a magic wand. You express your need or idea to the service (or the smart device has already told what’s needed). And sooner than you expect, the product is delivered to you with a robot or drone, by the girl next door, or as virtual product proposal into your smart device.

Business

Establishing local manufacturing business for rapid products and local manufacturing is not rocket science or huge investment. You can start the business from your couch with a laptop and with a 1000€ 3D printer. Finding the correct business model is the most tricky part. In the beginning the business will be based mostly based on small transactions of less than 50€. Developing value adding services that help the local community to learn and try the rapid product possibilities may be the fast track to increase the sales. Or maybe it is simply because of the speed of solving product problems.

The business can expand further, for example,

• by scaling up your manufacturing capability with larger fleet of 3D printers ad other tools,
• by digital service innovation and crowdsourcing design work.
• by developing collaborative business with other local manufacturers for wider solutions offering,  and
• by creating explicit value (concrete problem solving) or implicit value (customer experience) for your customers.

If you had 5000€ budget, what kind of local manufacturing service would you start?

Pekka Ketola, pekka.ketola@3dstep.fi

 

 

Eteenpäin ja ylöspäin!

Moderni historia osoittaa, että rohkeat ihmiset, jotka myöntävät tietämättömyytensä ja kysyvät vaikeita kysymyksiä, edistävät hyvinvointia ja vaurautta enemmän, kuin ihmiset, jotka hyväksyvät kaiken valmiina totuutena.

Start-up -yritykset ovat strategisesti tärkeitä teknologian, liiketoiminnan ja yhteiskunnan kehittämisen moottoreita. Uusilla yrityksillä on herkkä kyky haastaa vanhat ratkaisut, kysyä vaikeita kysymyksiä ja tuottaa uudenlaisia ratkaisuja alati muuttuviin tarpeisiin. Maailma muuttuu nyt poikkeuksellisen nopeasti ja radikaalisti mm. tekoälyn ja bioteknologian edistysaskeleiden myötä. Uteliaisuus, ketteryys, joustavuus ja innovatiivisuus ovat start-up yritysten supervoimia.

Oikeiden kysymysten ja vastausten löytäminen ei ole helppoa. Vain yksi prosentti meistä pystyy edes kuvittelemaan sellaisia ratkaisuja, joita ei ole vielä toteutettu. Toisin sanoen, 99% yrityksistä kehittää tuotteita ja palveluita kopioimalla ja muokkaamalla tunnettuja ratkaisuja. Kilpailuetua luodaan tyypillisesti parantamalla ja optimoimalla vanhaa ja kehittämällä prosesseja. Näillä eväillä ei tuoteta markkinoita muuttavia disruptioita tai radikaaleja innovaatioita. Kansainvälisen kilpailun näkökulmasta suurin haasteemme näyttää olevan mielikuvituksen puute.

Kun samat teknologiat, tiedot ja taidot ovat demokraattisesti kaikkien saavutettavissa, nousevat mielikuvitus ja luovuus yrityksen tärkeimmiksi voimavaroiksi. Ainoastaan mielikuvituksen ja sopivan hulluuden avulla voidaan luoda riittävän kunnianhimoisia visioita. Tekoäly ei kykene tällaiseen!

Harari (2018) kuvaa tulevaisuuden ratkaisujen tuottamisesta seuraavasti: ”Jos visio sisältää tieteisfantasiaa, se saattaa olla väärässä. Jos visio ei sisällä tieteisfantasiaa, se on varmasti väärässä.”

Katsomalla sopivan vinksahtaneesti ja jopa tieteisfantasian avulla tulevaisuuteen, löydetään mahdollisuuksia ja ratkaistavia ongelmia, jotka luovat start-up -yritykselle oman toimintakentän, jossa on mahdollista toteuttaa sinisen meren strategiaa. Sininen meri tarkoittaa liiketoimintaa tai palvelua, jolla ei ole vielä kilpailua, ja jolla pelisäännöt on mahdollista määritellä itse. Sininen meri voi myös löytyä ratkaisemalla tunnettu ongelma täysin uudella tavalla, vaikkapa kuuntelemalla asiakkaita entistä tarkemmin. Kannattaa haastaa nykytilanne äärimmäisen rohkeasti.

Teknologiakentästä löytyy erinomaisia esimerkkejä osaamisesta ja innovaatioista, joissa mielikuvitus on päästetty valloilleen ja tämä on yhdistetty monialaiseen teknologiamuotoiluun. Seuraavassa kolme esimerkkiä:

1. Hollantilainen Anouk Wipprecht on teknologiamuovailija, joka muokkaa ja yhdistelee sujuvasti teknologioita ja ratkaisuja rikkoen aktiivisesti tyypillisiä insinööritieteiden raja-aitoja. Mm. muodin ja autoteollisuuden ratkaisuja syntyy, kun yhdistetään 3D-tulostusta, biosignaaleja, sensoreita, psykologiaa, muotoilua ja tekoälyä. Anouk:in tunnetuin teos on Spider Dress.
2. Suomalaiset Ari Tulla ja Tapio Tolvanen oivalsivat, että digitaalisella alustalla ja tiedon joukkoistamisella voidaan koota yhteen tiedot kaikista lääkäreistä USA:ssa ja arvioida suoraviivaisesti kutakin lääkäriä oikeiden potilaskokemusten perusteella. BetterDoctor tuottaa lääkäritietoja ja hakupalveluita sairaaloille, vakuutusyhtiöille sekä terveysalan toimijoille. Palvelu myytiin 2018 terveysalan johtavalle datapalvelulle Quest Analyticsille huomattavalla summalla.
3. Dronet ovat arkipäiväistyneet ja niillä tarjotaan rutiiniluontoisia palveluita mm. valokuvaukseen. Kun dronet yhdistetään toimimaan älykkäänä synkronoituna parvena mm. algoritmien ja tekoälyn avulla, päästään lentotoiminnassa ja sovelluksissa uudelle tasolle. Teknologiaevoluution näkökulmasta dronet ovat vasta kehityksen alkumetreillä. Tampereen yliopisto on mukana droneparvien kehitystyössä.

”Kaikki haluavat tekoälyä, vaikka harva tietää, mitä sillä tehdään.”

Risto Miikkulainen, Kauppalehti 23.6.2019

Tekoälyn tarjoamia mahdollisuuksia lyhyellä ja pitkällä aikavälillä aliarvioidaan. Pitkälti tämä johtuu siitä, että vain harva meistä ymmärtää oikeasti mistä on kyse ja mitä on tapahtumassa. Tekoäly tulee vaikuttamaan perinteiseen tiedonkäsittelyyn, mutta myös mm. maatalouteen, markkinointiin, luoviin aloihin ja tuotteiden suunnitteluun. Tähän mennessä olemme suomalaisessa start-up -ympäristössä vasta raapaisseet tekoälyn pintaa ja tekoälyn vaikutuksista liiketoimintaan on vielä hatara käsitys. Suosittelen start-up -yrityksille aktiivista tekoälyopiskelua mm. netistä löytyvillä suomalaisilla ja ulkomaisilla kursseilla.

Mitä syvemmällä vakiintuneessa toimintakentässä ollaan, sitä vaikeampi on luoda kilpailuetua. Teollisuuden ja liiketoiminnan disruptoreita ovat Kummajaiset (Outlier). Kummajaiset ovat toimialalle tunkeutuvia odottamattomia toimijoita, jotka eivät seuraa vakiintuneita toimintatapoja. Ne ovat alkuvaiheissaan tyypillisesti väljästi organisoitunutta innovatiivista ja ihmettelevää toimintaa, joka oivallusten kautta muodostuu räjähdysvoimaiseksi uuden synnyttäjäksi ja vanhan toiminnan muuttajaksi. Mm. Google oli alussa Kummajainen yhden rivin hakukoneellaan, jossa toteutui äärimmäinen tietohaun tehokkuus ja helppous. Muita esimerkkejä kummajaisista ovat:

• BioCurious demokratisoi tieteellisen biotutkimuksen ja mahdollisti korkealaatuisen tutkimuksen teon ja resurssit kaikille.
• Shapeways loi uudenlaisen globaalin valmistusresurssin ja markkinapaikan 3D-tulostetuille tuotteille
• ZenRobotics kehitti tehokkaan robotisoidun jätteiden kierrätyksen kiertotalouden lähtökohdista, joka disruptoi kilpailevia menetelmiä

Start-up -yrityksen mahdollinen strategia on olla Kummajainen. Kummajainen viihtyy ja kuljeskelee valtavirtaa houkuttelevan liiketoiminnan reuna-alueilla, horisontissa, ja katselee muuttuvaa mahdollisuuksien maisemaa poikkeavasta vinkkelistä. Kummajainen etsii strategista innovaatiota, sekä pyrkii disruptoimaan nykytoimintaa vision, liiketoimintamallin tai toimialueiden raja-aitojen rikkomisen kautta. Start-up voi täten olla myös suuren yrityksen paras innovaatiokumppani.

Ehdotuksia start-up -yrityksen toiminnan kehittämiseen

1. Vahva visiotyö, mielikuvitttelu ja ajattelu tieteisfantasiaa hyödyntäen on tehokas lähestymistapa, kun start-up -yritys kehittää toimintaansa ja ainutlaatuisuuttaan. Samanlaisia visioita on paljon. Ainutlaatuisia ja voimaannuttavia visioita on vähän.
2. Start-up -yrityksen käytössä on tyypillisesti pienet resurssit ja huonoin vaihtoehto on päätyä kilpailemaan toisten start-up yritysten kanssa, joilla myös on pienet resurssit. Tehokkaampaa on etsiä monialaisia kumppanuuksia ja luoda yhdessä suurempaa, kuin mihin yritys yksin pystyy. Useiden toimijoiden co-creation on monesti tehokkain liiketoimintastrategia pienelle yritykselle.
3. Rohkeat tavoitteet! Start-up yrityksellä on lähes aina tuhannen taalan paikka mullistaa tuotteita ja palveluita. Kyse on usein rohkeudesta. Uskallammeko ajatella riittävän rohkeasti ja kunnianhimoisesti, vai onko ajattelumme tavanomaista? Samanaikaisesti on osattava katsoa eteenpäin ja ylöspäin, uutta toiminnan tasoa kohti.

Lukuvinkit start-up -yritykselle

• Välikangas L. and Gibbert M. 2015. Strategic Innovation: The Definitive Guide to Outlier Strategies.
• Harari, Y. U. 2018. 21 oppituntia maailman tilasta.
• Kahnemann D. 2012. Ajattelu, nopeasti ja hitaasti.

 

Toivotan start-up:eille räjähdysyvoimaa ja väkevyyttä uuden luomiseen, sekä koko valmistavalle teollisuudelle ennakkoluulottomia ja maailmaa muuttavia visioita!

Ultreia e suseia!

(Eteenpäin ja ylöspäin, espanjalainen tervehdys Camino de Santiagon kulkijoille)

Pekka Ketola, toimitusjohtaja

3DStep Oy, Ideascout Oy, 12.8.2019

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

Biohakkerointi ja 3D-tulostus

Hakkeritoiminta tarkoittaa alakulttuureita, jossa eri aiheista innostuneet tavalliset ihmiset etsivät uusia, luovempia tai fiksumpia tapoja tehdä asioita. Motivaationa on usein älyllisen haasteen tai rajoitteen voittaminen. Hakkeritoiminta sai alkunsa 60-luvun MIT:ssa, jossa opiskelijat halusivat rikkoa erilaisia toiminnan esteitä, tai yksinkertaisesti tehdä jäyniä.

Hakkeritoiminta on yleistyessään organisoitunut. Organisoitumisen ilmentymiä ovat mm. yhteisölliset matalan kynnyksen Maker-tilat (maker space, hacklab) ja verkostot (Fablab -verkosto). Usein myös tilat ja verkostot itsessään ovat kokeellisia ja muokkaantuvat aktiivisesti toiminnan myötä.

Biohakkerointi yhdistää hakkerikulttuurin ja hakkerietiikan. Etiikan perusajatuksena on vastuullinen tiedon jakaminen ja toiminnan hyödyllisyys. Biohakkerointia ovat mm.

• Tee-se-itse biologia (DIY); bioteknologian tutkimuksen sosiaalinen toiminta, jossa yksilöt ja pienet organisaatiot tutkivat biologiaa käyttäen samoja menetelmiä kuin tutkimusinstituutit.
• Biohäkkäys (Grinder); ihmiset muuntavat kehoaan erilaisilla implanteilla ja kyberneettisillä DIY-laitteilla.
• Lääketieteelliset itse tehdyt kokeilut. Mm. lääkkeiden valmistus.
• Nutrigenomiikka; ravintoaineilla tehdyt ihmisbiologian kokeilut.
• Itsemitttaus; oman kehon, biomamarkkereiden ja käyttäytymisen mittaus terveyden optimoimiseksi.

Gartner on tunnistanut tee-se-itse -biohakkeroinnin nousevana trendinä. Trendi on osa laajempaa ja yleistyvää ”trans-human” ilmiötä, johon liittyy biohäkkäys ja muut tavat muokata ihmisen toimintakykyä, kuten neuroimplantit.

Esimerkiksi biosiruilla voidaan tulevaisuudessa havaita sairauksia, kuten syöpä tai isorokko, ennen kuin oireet ilmenevät. Siruissa hyödynnetään molekyylisensoreita, joiden avulla analysoidaan biologisia elementtejä ja kemikaaleja. Uutena biohäkkäyksen mahdollisuutena ovat keinotekoiset biologiaa jäljittelevät keinotekoiset lihakset. Bioteknisten menetelmien kehittymisen myötä esimerkiksi robotille voidaan tulevaisuudessa kasvattaa painetta tunnistavaa keinoihoa.

Biohakkereiden toiminta ei ole sitoutunut organisaatioihin, tutkimuslaitoksiin tai muihin instituutioihin. Biohakkerit ovat siis merkittäviä kansalaistutkijoita (citizen science), innovaattoreita, raja-aitojen rikkojia ja uusien alueiden tutkimusmatkailijoita. Biohakkereille on tuoteistettu useita palveluita ja tuotteita, joiden avulla toiminnassa pääsee kotikonstein alkuun.

Erikoistunut biohakkeroinnin muoto ovat potilasyhdistykset, joiden jäsenet kokeilevat omaehtoisesti uusia hoitokeinoja ja vertailevat kokemuksia keskenään.

Diagnostiikkavälineiden kuluttajistuminen tehostaa tätä toimintaa. Bioteknologian keinoin monimutkaistenkin molekyylien syntetisointi voi tapahtua kotilaboratoriossa. Tämä avaa tien kohti laajoja ihmiskokeita. Potilaat voivat syntetisoida lääkkeitä itselleen ja vertaisyhteisön avulla jakaa kokemuksia.

3D-tulostus nähdään siltana, joka yhdistää Tekijöiden (Makers, Hackers) ja biohakkereiden maailmat. Erotuksena on käytettävä materiaali. Kun Tekijät hyödyntävät elotonta materiaalia, kuten muovi, biohakkerit käyttävät biomateriaaleja, kuten biomusteita ja eläviä soluja kolmiulotteisten rakenteiden tuottamiseen.

BioCurious – bioteknologian kummajaiset

Biologisen 3D-tulostuksen häkkeritoiminta alkoi BioCurious -liikkeen myötä USAssa. BioCurious perustettiin 2010 innostuneiden harrastajien ja ammattitutkijoiden tarpeisiin, joilla ei ollut pääsyä suurten tutkimuslaitosten biolaboratorioihin ja bioteknologiaan.  Maailman ensimmäinen luovuuteen ja avoimuuteen perustuva bioteknologian hackerspace avattiin piilaaksossa onnistuneen Kickstarter-kampanjan, ihmisten vapaaehtoisen työpanoksen ja lukuisten lahjoitusten myötä.

Toiminta siirtyi autotallista kunnon laboratorioympäristöön ja tarjoaa nykyisin voittoa tavoittelemattomana toimintana teknologioita, materiaaleja, koulutusta ja työympäristön jäsenilleen. 100$:n jäsenmaksua vastaan kuka tahansa voi testata uusia bioteknologian yritysideoita, toteuttaa kokeilevia bioteknologiaprojekteja, sekä tutkia esimerkiksi uusia tapoja syövän havaitsemiseksi.

Twitter: @bioCuriouslab

BioCurious ja biotulostus

BioCurious oli ensimmäinen ryhmä, joka onnistui kehittämään tee-se-itse 3D biotulostimen. Kehitys alkoi 2012, jolloin toimijat etsivät tapoja laajentaa yhteisöä ja kasvattaa toiminnan monialaisuutta. Alkuvaiheessa tavoitteena ei ollut erityisesti mikään tietty biotulostuksen sovellus, eikä edes tietoa, kuinka 3D-tulostin rakennetaan. Ratkaisut löytyivät kuitenkin suhteellisen helposti:

“You can just take a commercial inkjet printer. Take the inkjet cartridges and cut off the top essentially. Empty out the ink and put something else in there. Now you can start printing with that.”

BioCurious -ryhmä aloitti tulostuksen hyödyntäen kahvinkeittimen suodattimia ja vaihtaen musteen arabinoosiin (sokeri). Suodatin asetettiin geneettisesti muokatun E. coli bakteeriviljelmän päälle, jonka ominaisuutena on tuottaa vihreää fluoresoivaa proteiinia, kun sen reagoi arabinoosin kanssa. Kun laite tulosti arabinoosia suodattimen päälle, solut alkoivat hohtaa.

Koska kaupallisen tulostimen muuntaminen biotulostimeksi osoittautui työlääksi, ryhmä kehitti oman biotulostimen. Uusi versio hyödyntää CD-soittimista purettuja moottoreita, mustetulostimen mustepatruunoita tulostinpäänä ja Arduinoa. Tee-se-itse 3D-tulostimen hinnaksi muodostui n. 150$. Rakennusohje löytyy täältä.

Vasemmalla: 3D-tulostettu fluoresoiva E. coli pinta, toteutettu itsetehdyllä biotulostimella.  Oikealla: Biotulostin. Lähde: makezine.com

Kaksiulotteisesta 3D-tulostukseen

Ensimmäinen laite onnistui tulostamaan biomustetta 2D-muodossa (yhteen kerrokseen). Kolmiulotteisuuden saavuttaminen osoittautui nykyisellä tekniikalla mahdottomaksi. Alustaksi vaihdettin RepRapin avoimen lähdekoodin 3D-tulostin. Muovien 3D-tulostuspäät vaihdettiin muovituubeihin, joihin pumput ohjasivat biomustetta ja 3D-tulostus saatiin onnistumaan.

Seuraava ratkaistava haaste liittyy biomusteen tasalaatuisuuteen, sekä solujen elossapysymiseen. Riittävän tulostuslaadun tuottamiseksi juokseva biomuste on muutettava geelimäiseksi materiaaliksi, jolla on hyvä viskositeetti.

Työn myötä 3D-biotulostuksen kehittäjien yhteisö kasvaaa, kehitystä tehdään kodeissa ja hackerspaceissa (mm. BioCurious BUGSS, Hackteria) ja tietoa edistysaskeleista jaetaan akiivisesti yhteisön sisällä.

3D-biotulostus ja elävät solut

3D-biotulostuksen yleisenä visiona on tuottaa toimivia elimiä. Tavoite on erittäin haastava, erityisesti kun puhutaan ihmisen ja yleisemmin nisäkkäiden elimistä. Biotulostushakkereiden ensimmäinen kehitystavoite on hiukan helpompi: toimivan ja yhteyttävän kasvisolukon tuottaminen 3D-biotulostuksella, keinotekoinen kasvin lehti.

Kasvisolujen 3D-biotulostus on sopiva haaste tee-se-itse biohakkereille, koska aihetta ei ole kovin paljon tutkittu ja aihe tarjoaa lukuisia uusia tutkimuspolkuja. Kysymyksiä ovat mm. millaisia soluja kannattaa käyttää, kuinka solut saadaan liittymään toisiinsa ja millainen on keinotekoisen lehden solujen rakenne. Useat tutkijat ovat käynnistäneet ammattimaisen tutkimustoiminnan BioCurious -ryhmän tulosten perusteella.

Biohäkkerit, 3D-tulostus ja lääkkeet

Biohäkkerit hyödyntävät 3D-tulostusta monin tavoin. Tarvikkeita ja työkaluja valmistetaan perinteisellä 3D-tulostuksella eri materiaaleista. Varsinaisia biotulostimia kehitetään biologisten rakenteiden tuottamiseksi. Lääkkeitä kehittävät biohakkerit ovat myös ottaneet menetelmän haltuunsa lääkkeitä syntetisoivien laitteiden kehittämiseksi.

Four Thieves Vinegar Collective kehittää menetelmiä, joilla ihmiset voivat syntetisoida lääkkeitä itse. Visiona on lääkkeiden vapaa saatavuus: Free Medicine for Everyone.

Ryhmä on kehittänyt pienikokoisen Apothecary MicroLab -reaktorin, joka toimii samoin kuin lääketehtaiden kalliit laitteet. Edullinen laite on valmistettu valmisosista, sekä 3D-tulostetuista komponenteista. Reaktiokammiossa on suuremman kammion sisällä pienempi säiliö. Materiaalit virtaavat kammioiden välillä erityisrakenteisen 3D-tulostetun kannen kautta. 3D-tulostuksella on valmistettu myös askelmoottori, ruiskupumppu ja muita komponentteja. Laite toimii automaattisesti.

MicroLab syntetisoi edullisista kemikaaleista lääkeaineita. Tähän mennessä on onnistuttu tuottamaan viisi lääkettä: Naloxone (opiaattien yliannostuksen estäminen), Daraprim (HIV -sairaiden infektioiden hoito), Cabotegravir (HIV lääke) ja lääketieteellisessä abortissa käytettävät mifepristone ja misoprostol. Yhden lääkkeen resepti on jo ladattavissa Internetistä.

Lähde: http://www.engineering.com

Biohakkeritoiminnan suurena mahdollisuutena on lääkkeiden digitalisaatio. Kun lääkkeen valmistuksen prosessi on digitalisoitu ja prosessi on tarjolla avoimen lähdekoodin idealla, se on luotettavasti toistettavissa lääketehtaista riippumatta. Prosessin ja reseptien turvallisuus ja aitous voidaan varmentaa esimerkiksi lohkoketjuilla.

Ketkä kehittävät 3D-biotulostusta?

BioCurious aloitti ensimmäisenä 3D-biotulostuksen DIY-toiminnan. Nyt asian parissa toimii useita hakkeriyhteisöjä. Biotulostuksen tiimoilta on käynniss myös organisoitu verkostominen eri toimijoiden välillä 3DHeals -projektissa. Seuraavassa muutamia 3D-biotulostuksen häkkeritoimijoita.

BUGSS — Baltimore

Baltimore Underground Science Space (BUGSS) kehittää 3DP.BIO alustaa. Sen tavoitteena on yhdistää insinöörit, tutkijat ja suunnittelijat biotutkimuksen ja -kehityksen vauhdittamiseksi. BUGSS keskittyy resiinitulostimien (resiini = hartsi) ja näissä käytettävien bioyhteensopivien materiaalien kehitykseen. Näillä voidaan tulostaan solujen kasvualustoja.

Twitter: @BUGSSlab

London Biohackspace

Lontoon biohakkerit ovat kehittäneet JuicyPrint -bakteeritulostimen. Laite hyödyntää Gluconacetobacter hansenii -bakteeria, joka kasvaa mm. hedelmän mehussa. Bakteeri tuottaa vahvan ja monipuolisen kerroksen biopolymeeria,  bakteeriselluloosaa. Bakteeria on geneettisesti muokattu siten, että selluloosaa ei synny valossa. 3D-biotulosteella tuotettavaa rakennetta ja muotoa voidaan siis ohjata säätelemällä valoa.

Twitter: @LondonBioHack

Pelling Lab

Pelling Lab kehittää menetelmiä, joissa ihoa ja elimiä voidaan kasvattaa hyödyntämällä olemassaolevia rakenteita solukkojen muotteina ja tukirakenteina. 3D-tulostusmateriaalina hyödynnetään mm. hydrogeeliä.

Sian korvan 3D-tulostusta Pelling Labissa. Lähde: https://makezine.com

Twitter: @pellinglab

Counter Culture Labs

Counter Culture Lab, Oakland, kehittää menetelmiä, joissa biomateriaali tuotetaan olemassaolevan elimen, kuten sydämen, sisälle. Alkuperäisestä elimestä, joka on tyypillisesti saatu kuolleelta eläimeltä, poistetaan kaikki elävät solut. Jäljelle jätetään vain tukirakenteet. Rakenteiden sisälle kasvatetaan sen jälkeen halutut solut.

Twitter: @CountrCultrLabs

Biohakkeroinnin haasteita

Erilaiset itsetehdyt biologiset kokeilut lisääntyvät nopeasti. Kokeilijoina ovat mm. terveysentusiastit, biohakkerit, kroonisista sairauksista kärsivät potilaat ja potilasyhdistykset.

Toiminnassa tuotetaan ja jaetaan pyyteettömästi mm. henkilökohtaista, biologista, teknistä ja lääketieteellistä tietoa. Tiedon jakamiseen liittyy mm. tietoturvaan, provokaatioon, tiedon oikeellisuuteen ja tiedon saatavuuteen liittyviä haasteita. Voiko esimerkiksi biohakkereiden tuloksia hakkeroida ja väärinkäyttää?

Kun ihmisen tai kasvien biologiaan ja toimivuuteen tehdään merkittäviä muutoksia, lähestytään skenaarioita, jotka ovat tuttuja tieteiskirjallisuudesta. Skenaariot voivat olla sekä positiivisia tai väärinkäytettyinä negatiivisia. Jos ihminen aiheuttaa itselleen merkittävän vamman esimerkiksi itse kehitetyn lääkkeen vaikutuksesta, missä kulkevat hoitovastuun rajat?

Biohacking Suomessa

Suomessa toimii biohäkkerointikeskus BCF, jonka tavoitteena on ihmisen hyvinvoinnin lisääminen.

Biohäkkerit verkostoituvat aktiivisesti kansainvälisesti ja jakavat tietoa avoimuuden periaattella tutkimusryhmien välillä. Mm.  Biohacker Summit 2019, (1-2.11, Helsinki) kokoaa alan toimijoita yhteen.

Lähteitä

• 5 Labs That Use 3D Printing for Biohacking Projects. https://makezine.com/2017/03/15/biohacking-pioneers/
• 5 Trends Emerge in the Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies, 2018. https://www.gartner.com/smarterwithgartner/5-trends-emerge-in-gartner-hype-cycle-for-emerging-technologies-2018
• BioCurious: The Curious Case of the Community Biotech Laboratory. In Strategic Innovation: The Definitive Guide to Outlier Strategies. Liisa Välikangas ja Michael Gibbert, 2016. pp. 124 – 130.
• Biohackers Design DIY 3D-Printed Chemical Reactor to Make Medicine at Home. https://www.engineering.com/3DPrinting/3DPrintingArticles/ArticleID/17485/Biohackers-Design-DIY-3D-Printed-Chemical-Reactor-to-Make-Medicine-at-Home.aspx
• Biohacking, Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Biohacking
• Biohakkerointi, Wikipedia https://fi.wikipedia.org/wiki/Biohakkerointi
• Digital Health & Self-experimentation: Design Challenges & Provocations. Marketa Dolejsova, Denisa Kera, Cristiano Storni, Rohit Ashok Khot, Ivan John Clement, Inka Pavelka, and Puneet Kishor. 2017.  In Proceedings of the 2017 CHI Conference Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems (CHI EA ’17). ACM, New York, NY, USA, 510-517.
• Suomen sata uutta mahdollisuutta 2018 – 2037. Risto Linturi ja Osmo Kuusi. https://www.eduskunta.fi/FI/tietoaeduskunnasta/julkaisut/Documents/tuvj_1+2018.pdf

Onko sinulla kommenteja artikkelista tai biohakkerointiin liittyvää lisätietoa? Lähetä viesti: pketola @ gmail.com.

Pekka Ketola, 1.5.2019

 

Ylitä rajasi, ohita puutteesi

Monet yritykset ovat tyytyväisiä nykyiseen toimintaansa. Työt sujuvat ja liikevaihtoa on sopivasti. Hienoista kasvuakin on näköpiirissä. Se on ihan ok. Mutta uskoisin, että monen toimitusjohtajan mielessä elää unelma toiminnan merkittävästä kehittämisestä ja uusien avausten tekemisestä. Pitäisi jotenkin ylettyä omaa kokoaan korkeammalle tai muuntautua paremmin aikaan sopivaksi. Ja olisi hienoa ottaa digitalisaatio haltuun.

Lähde: 3dprint.com

Vammaisurheilu on uskomattoman hieno laji. Siinä ihmiset, joilta lähtökohtaisesti puuttuu jokin fyysinen kyky, tai kyky on jostain syystä menetetty, kehittyvät intohimonsa vauhdittamina mestareiksi puutteistaan huolimatta. Jalan puute ei estä juoksemista. Käden puute ei estä jousiammuntaa. Omien rajojen ylittämisen juhlaa vietetään esimerkiksi olympialaisissa ja erityisesti paralympialaisissa.

Kun on unelma, esteet voivat kadota, tai ne voidaan ohittaa. Voiko yritys toimia samalla logiikalla kuin huippusuoritusta tavoitteleva vammaisurheilija? Tarvitaan busineksen proteeseja ja apuvälineitä, jotta yritys kykenee itseään suurempaan saavutukseen ja voi sivuuttaa ilmeiset puutteensa? Juoksukilpailun voi voittaa ilman jalkoja. Kts. video Artificial legs controversial at Olympics

Biisintekijä kehittää melodiaa. A-osa, B-osa, kertosäe, A-osa… Biisi alkaa tuntua tylsältä. Nyt pitäisi nostaa kappale uudelle tasolle ja kertoa tarinan ydin. Huippukohta soi jo päässä, mutta puuttuu tapa, kuinka siihen voisi luontevasti siirtyä. Tähän on mainio muusikoiden käyttämä konsepti: bridge, silta. Bridge on kappaleessa kohta, joka siirtää soiton, yleensä instrumentaaliosuuden johdattamana, perustarinasta huippukohtaan. Kappale sähköistyy, bändi innostuu ja kuulijat lähtevät laulamaan mukana.

3D-tulostus on monille yrityksille mahdollinen uusien saavutusten alue. Ilmiötä koitetaan ymmärtää, lasketaan businesskeissejä ja pidetään kokouksia. Puuduttavaa perusbiittiä. Yleensä todetaan, että jos vaan jotenkin keksitään kuinka 3D-tulostus sopii omaan toimintaan, siitä olisi ilmeistä hyötyä. Ongelma onkin itse siirtyminen. Pysytäänkö tasaisessa perustoiminnassa, siirrytäänkö uudelle tasolla ja mitä ihmeessä pitäisi tehdä?

Tarvitaan liiketoiminnan bridge. Bridge on yrityksen näköinen tapa siirtyä ja ottaa haltuun uusi asia, jonka avulla perustoiminta yltää odotuksia suurempiin saavutuksiin, uudelle tasolle. Liiketoiminnan bridge on välivaihe. Sen aikana tapahtuu useita tilapäisiä asioita, mutta näillä on selkeä tarkoitus, kuten uusien taitojen ja kumppaneiden hankkiminen, innostuksen ja odotuksen luominen, ja ylipäätään virittäytyminen uuteen.

3D-tulostus on perusteiltaan yksinkertainen idea: tuotteita tehdään kerros kerrokselta kasvattaen. Idean yksinkertaisuus kuitenkin hämää. Se johtaa mahdollisuuksien maailmoihin, joiden hahmottaminen oman liiketoiminnan näkökulmasta ei ole helppoa. Vain harvat pystyvät heti oivaltamaan mikä on menetelmän tarjoama suurin mahdollisuus omaan toimintaan ja kuinka korkealle on mahdollista yltää.

Mikä on sinun bridge uuteen vaiheeseen? Jutellaan.

Kuva: 3D-tulostettu puukomposiittisilta. © 3DStep Oy

 

 

3D-tulostus ja perunan filosofia

Peruna

Löytöretkeilijät huomasivat 1500-luvulla, että inkojen käyttämä peruna ehkäisi pitkillä laivamatkoilla keripukkia ja ylipäätään edisti merimiesten terveyttä. Peruna tuli Eurooppaan ja sittemmin saksalaisten peltiseppien tuomana Suomen kartanoihin. Alkuvaiheessa peruna kohtasi suurta vastustusta ja epäluuloa. Viljelijät eivät ymmärtäneet, mikä osa perunasta pitäisi syödä – varsi, mukulat vai kukat. Vähitellen perunan käyttö opittiin ja se valtasi keittiöt, ravintolat ja viinanpolttajien kattilat. Sipsit ja ranskalaiset perunat ovat nyt kaikkialla.

Jokainen tsäänssi on mahdollisuus

Mäkihyppääjä Nykänen lanseerasi aforismin ”jokainen tsäänssi on mahdollisuus”. Ajatus on tärkeä. Kun mahdollisuuksille annetaan mahdollisuus, syntyy asioita, joita ei muuten syntyisi. Samalla huomataan asioita, joita ei muuten huomattaisi. Peruna oli tsäänssi, jolle annettiin mahdollisuus. Käyttömahdollisuuksiltaan huonosti tunnettu peruna aiheutti kansalle kitkeriä vatsanväänteitä, ennen kuin opittiin hyödyntämään mukulat ja kypsentämään ne ennen syömistä. Kuka olisi arvannut mihin perunan lanseeraus johtaa ja millaisia innovaatioita perunan tutkiskelu tuottaa?

3D-tulostus on ajattelun alusta

Uusia mahdollisuuksien maailmoja syntyy jatkuvasti. Ohitamme näitä nopean ajattelun mekanismeilla miettimättä tarkemmin, millaisia etuja ja arvoja niihin liittyy. Emme yleensä anna tsäänssille mahdollisuutta.

Ihminen hyödyntää tunnetusti vain kapeasti oman potentiaalinsa. Ihmisen aivot ja keho pystyvät paljon suurempaan kuin mitä arkipäivässä tapahtuu. Meitä rajoittavat rutiinit, puutteelliset työkalut ja monenlaiset energiaa kuluttavat toimet, joiden seurauksena suurin osa meistä pärjäilee ihan mainiosti minimisuorituksella.

3D-tulostus on tsäänssi ja uusi ajattelun alusta yhteiskunnalle. Kyse ei ole niinkään teknologiasta, vaan ajattelun avaruudesta, jonka 3D-tulostuksen idea avaa. Yhtäkkiä pystymme ajattelemaan ratkaisuja laajemmin ja uusista lähtökohdista. Tämä näkyy tuhansina oivalluksina ja ideoina, joita syntyy päivittäin yhtä lailla koululaisten välituntikeskusteluissa, kuin Marsin asutusta miettivien tutkijoiden työryhmissä. 3D-tulostus on ajattelun ja mielikuvituksen työkalu. Varsinainen supertsäänssi.

Mahdollisuuksien pyörteet

Teknologisesti ja yhteiskunnallisesti emme ole stabiilissa tilassa. Samanaikaisesti 3D-tulostuksen kanssa kehittyvät monet muut asiat, kuten teknologiat, yhteiskunnalliset tarpeet, osaaminen ja ongelmat. Olemme keskellä muutosten virtaa, tai ehkäpä paremminkin rajusti ryöppyävää koskea. Ympärillä syntyy jatkuvasti pyörteitä, mahdollisuuksien maailmoja, joihin voimme kiinnittää huomion, tai olla kiinnittämättä huomiota. Jotkut niistä imaisevat mukaansa, toisia kosketamme vain kevyesti sormenpäällä.

3D-tulostus antaa uusia mahdollisuuksia toimia suhteessa koko yhteiskunnan kehitykseen. Yhtäkkiä voimme ratkoa ongelmia, joiden ratkaiseminen oli aiemmin mahdotonta tai liian vaikeaa. Sosiologin näkökulma aiheeseen on aivan toinen kuin insinöörin. Mutta molemmat ovat yhtä tärkeitä ja heidän kohtaamisensa vasta tärkeää onkin.

Peruna muutti ruokakulttuurimme. Kyse ei ollut vain kokkien ja ruoanlaittoon erikoistuneiden toimijoiden erinomaisuudesta. Kyseessä oli maailmanlaajuinen muutos ruokahuollossa, terveydessä, kulttuurissa ja myös epäterveellisissä ilmiöissä. 3D-tulostus ei ole ollenkaan erilainen ilmiö. Emme ehkä edes vielä ymmärrä, mikä osa 3D-tulostuksesta on se syötävä osa – varsi, mukulat vai kukat.

Pekka Ketola, 21.3.2019

 

Arjen apuvälineet

Kodissa, työssä ja harrastuksissa on päivittäin tilanteita, joissa kaipaisi apuvälinettä asian tekemiseen. Pitäisi ylettyä vaikeaan nurkkaan, pitäisi korjata, pitäisi saada hiukan lisää voimaa, siivoaminen on vaikeaa, pitäisi saada jokin pysymään paikallaan, tai pitäisi olla ”kolmas käsi”.  Apuvälineiden tarve liittyy useimmiten ikääntymisen tuomiin vaivoihin tai tapaturmien aiheuttamiin rajoitteisiin.

Onko mahdollista luoda tapa, jolla arjen apuvälineitä voitaisiin saada ketterästi silloin kun niitä tarvitaan? Voisiko tästä muodostua uutta liiketoimintaa?

Inspiraatio: E-Nable

E-Nable on maailmanlaajuisesti toimiva vapaaehtoisten organisaatio, joka kehittää lapsille proteeseja hyödyntämällä edullisia 3D-tulostimia, avointa innovaatiota ja joukkoistusta. Vanhemmat ja lapset suunnittelevat yhdessä proteesin ilmaisten suunnittelutyökalujen avulla ja proteesit valmistetaan työpajoissa kokoamalla ne 3D-tulosteista, ruuveista ja naruista. Yhden proteesin hinnaksi muodostuu n. 10€. E-Nablen avulla kymmenet tuhannet lapset ovat saaneet toimintakyvyn, joka usein on puuttunut syntymästä lähtien. Enable on voimakas esimerkki siitä, että 3D-tulostuksen avulla voi kustannustehokkaasti luoda merkittäviä arjen apuvälineitä kännykkätelineestä käsiproteesiin.

Lähde: 3dprint.com

Keksijöiden kohtaamispaikalta ideoita

Apuvälinemessuilla on tarjolla lukemattomia välineitä, jotka on suunniteltu käyttäjille, joilla on fyysisiä rajoitteita tavallisten asioiden tekemiseen. Tapahtuma on todellinen ideoiden aarreaitta ja keksijöiden kohtaamispaikka. Messuilla tarjolla olevat ratkaisut ovat yleensä loppuun asti hiottuja kaupallisia tuotteita, joissa laatu näkyy myös hintalapussa. Apuvälinemessut ja vastaavat tapahtumat tarjoavat tuhansia esimerkkejä arjen ongelmista, joihin voidaan tuottaa ratkaisuja.

Arjen digitaaliset varaosat

Digitaaliset varaosat ovat esineitä, jotka ovat olemassa ainoastaan digitaalisessa muodossa 3D-malleina siihen saakka, kunnes tarve esineen käytölle syntyy. Tyypillisesti digitaalisilla varaosilla viitataan teollisuuden tarpeisiin, kuten koneiden kriittisin osiin, jotka on nopeasti saatava korjattua niiden rikkouduttua.

Digitaalisten varaosien idea toimii mainiosti myös arjessa. Tämä voidaan järjestää esimerkiksi seuraavasti:

1. Käyttäjällä syntyy tarve apuvälineelle tai varaosalle.
2. Ratkaisu voi löytyä valmiina palvelusta, jossa käyttäjät jakavat tekemiään 3D-malleja, esimerkiksi Thingiverse:ssä.
3. Ratkaisun idea voidaan myös tuottaa yhdessä ideanikkareiden kanssa, esimerkiksi keksijöiden Facebook -ryhmässä.
4. Ratkaisu (3D malli) on suunniteltava. Sen voi tehdä
   • Itse hyödyntämällä ilmaisia yksinkertaisia suunnitteluohjelmistoa, kuten TinkerCAD tai SketchUp. Ohjelmistoja on kootusti esitelty täällä.
   • Ostamalla suunnitelma pienellä rahalla mikropalvelusta, esim. Fiverr
   • Hyödyntämällä kotimaisia 3D-tulostuksen suunnittelupalveluita, kuten vaasalainen Origo Engineering.
5. Valmistus. Kun idea on kehittynyt suunnitelmaksi, se voidaan toteuttaa 3D-tulostamalla. Tähän riittää yleisesti koti ja harrastuskäyttöön tarkoitetut muovien 3D-tulostimet, jollaisilla mm. E-Nable valmistaa proteeseja.
   • Tulostimen voi hankkia itselle. Parhaimmillaan hyvin toimivan laitteen saa alle 500€:lla.
   • Tulostuksessa voi hyödyntää lähiseudun 3D-tulostimia ja osaajia. Näitä on jo monin paikoin kerhojen, koulujen, yritysten ja yksityishenkilöiden käytössä. Lähimmän tulostimen saat nopeasti selville kyselemällä aiheen Facebook-ryhmistä, tai hyödyntämällä Hubs -palvelua.
   • Tulostuksen voi myös teettää kaupallisten palveluiden kautta. Näitä tarjoavat mm. suomalainen 3DStep ja amerikkalainen Shapeways.

Esimerkkejä arjen digitaalisista varaosista: Käsituki ja apulaite renkaan asennukseen.

Palvelut

Arjen digitaalisten varaosien valmistus on täysin mahdollista. Kaikki tarvittavat elementit ovat jo olemassa. Yksittäisen toimijan näkökulmasta varaosan tai apuvälineen saaminen voi olla hiukan liian hidasta ja varaosan tuottamiseen liittyy liian monta vaihetta.

Onko mahdollista luoda palveluita, joilla arkipäivän apuvälineita voisi saada kustannustehokkaasti, nopeasti ja riittävän laadukkaasti? Millaisia nämä palvelut voisivat olla?

1. Harrastustoimintaan pohjautuvat palvelut. Arjen apuvälineitä voidaan suunnitella ja valmistaa esimerkiksi kansalaisopiston kerhoissa, kirjastoissa, Fab Labeissa ja erilaisissa harrastajaryhmissä.
2. Kaupalliset palvelut. Arjen apuväline -idean ympärille on mahdollista luoda uutta yritystoimintaa tai täydentää olemassaolevaa toimintaa. Olennaista on kyky tuottaa vetovoimainen palvelupolku, joka on helposti lähestyttävä myös silloin, kun apuvälineen tarve on hyvin pienikin. Tarvitaan siis kunnollista palvelumuotoilua ja oivallinen liiketoimintaidea.
3. Yhteistoiminta – co-creation: Arjen apuvälineitä voidaan toteuttaa erilaisilla yhteistoimintatavoilla. Tällaisia voisivat olla esim. kunnan järjestämät apuvälinefoorumit, joissa apuvälineiden tarvitsijat, harrastajat ja ammattilaiset tuottavat yhdessä ratkaisuja apuvälineiden tarvitsijoille yhdessä tekemällä.

Tulevaisuuden apuvälineet

Tämän päivän apuvälineet ovat usein suoraviivaisia mekaanisia ratkaisuja. Entä kun mukaan otetaan digitaaliset tekniikat? Tällöin apuvälineisiin voidaan yhdistää erilaisia tunnistimia, kameroita, valoja, moottoreita ja myös luoda ohjelmistoja, joilla apuvälineen voi ohjelmoida tai etäohjata. Esimerkiksi yksinkertaisella moottorilla voidaan antaa käyttäjälle enemmän vääntövoimaa vaikkapa hillopurkin avaamiseen, tai parantaa näkökykyä kameran avulla pikkutarkkaan askartelutyöhön. Tulevaisuuden apuvälineihin liittyy suuria innovaatiomahdollisuuksia.

3D-tulostusta hyödyntämällä voidaan luoda uusia tapoja helpottamaan arkipäivän ongelmia. Millaisia apuvälineitä sinä tarvitsisit? Olisitko kiinnostunut kehittämään ajatusta ja esimerkiksi liiketoimintamahdollisuuksia eteenpäin?

Ota yhteys: pekka (a) ideascout.fi.

Tee itsellesi duuni 3D-tulostuksen avulla

3D-tulostusta hyödyntäen voit luoda itsellesi työpaikan ja tuloja ilman suurempia investointeja. Yleensä tähän riittää tietokone, perustiedot 3D-mallintamisesta ja innostus.

3D-tulostus on nopeasti kehittyvä alue, jossa uusia ansaintamahdollisuuksia syntyy päivittäin. Asiantuntijoiden, tekijöiden ja ongelmanratkaisijoiden kysyntää syntyy mm. kuluttajamarkkinoilla, yrityksissä ja harrastajapiireissä. Alalla on lupaavat tulevaisuudennäkymät.

Miten siis pääsee alkuun ja tienaamaan ensimmäiset eurot? Seuraavassa muutamia esimerkkejä mahdollisuuksista, joilla voit nopeasti lähteä liikkeelle.

1. Suunnittelu ja mikroansainta. Netistä löytyy monipuolisesti digitaalisen toiminnan palvelualustoja, joiden avulla voit muuttaa osaamisen rahaksi. Tällainen on mm. Fiverr. Kyseessä on osaamisen markkinapaikka, jossa osaajat voivat mainostaa taitojaan ja palveluiden tarjoajat pystyvät helposti etsimään sopivia tekijöitä. Alusta tarjoaa työkalut, joiden avulla mm. töiden laskuttaminen onnistuu turvallisesti.  Tyypillisiä 3D-tulostukseen liittyviä töitä ovat 3D-tulostettavien 3D-mallien luominen ja muokkaaminen, sekä näihin liittyvät erikoistehtävät kuten topologian optimointi. Tyypillisen työn hinta on 5€ – 100€. Erilaisia osaamisen markkinapaikkoja on koottu mm. tänne

Kuvakaappaus fiverr.com:sta

2. 3D-mallien myynti. Mikäli olet jo suunnitellut omia 3D-tulostettavia töitä, voit myydä mallejasi erikoistuneissa 3D-tulostuksen markkinapaikoissa. Markkinapaikoissa on kaksi päätoimintamallia:

1. 3D-mallien myynti määrittelemälläsi hinnalla (tai ilmaiseksi sopivin käyttöehdoin), tai
2. 3D-tulosteiden myynti, perustuen suunnittelemiisi 3D-malleihin. Tuotteiden tulostus tapahtuu markkinapaikan tarjoamalla tulostusmenetelmällä ja materiaalilla. Tuote postitetaan suoraan asiakkaalle.

Kuvakaappaus Shapeways.com -sivustolta

4. Oman 3D-tulostimen muuttaminen hyötykäyttöön. Jos sinulla on 3D-tulostin ja hallitset sen käytön, voi liittyä esimerkiksi Hubs verkostoon, jonka kautta asiakkaat löytävät sinut. Hubsin tavoitteena on tarjota lähitulostuspalvelut kaikkialla maailmassa. Naapurisi voi olla seuraava asiakkaasi!

5. Tehdas pystyy sohvan kulmasta. Digitaaliset työkalut ja toiminta-alustat tarjoavat kokonaisen tuotekehitysketjun, jonka avulla on mahdollista toteuttaa kaikki tarvittavat vaiheet ideoinnista tuotantoon ja markkinointiin. Esimerkiksi:

1. Ideointi: Uusien tuoteideoiden synnyttäminen ja rikastaminen joukkoistamalla. Mm. Viima. Viima on ideoinnin joukkoistusalusta ja maksuton 50 hengen joukkoistukseen asti.
2. Suunnittelu: Kun tuotteen idea on olemassa, sen voi muuttaa asiantuntijan laatimaksi tekniseksi suunnitelmaksi esimerkiksi red clay -palvelussa.
3. Rahoitus: Suurin rahoituksen tarve syntyy yleensä siinä vaiheessa kun tuotekonsepti on olemassa ja sen eteenpäin vienti alkaa vaatia konkreettisia varoja. Eräs vaihtoehto on joukkorahoitus, johon on olemassa useita kotimaisia ja ulkomaisia vaihtoehtoja. Mm. 3D-tulostettu viulu 3D Varius kokosi tarvittavan rahoituksen Kickstarter – palvelussa.
4. Valmistus: Maailmalta löytyy lukuisia valmistuspalveluita, jotka voivat toteuttaa tuotteesi tarvitsemassasi mittakaavassa. Suomalainen 3DStep tarjoaa 3D-tulostusta hyödyntävät valmistupalvelut  yksittäisistä prototyypeistä sarjavalmistukseen.
5. Markkinointi: Tuotteiden ja palveluiden jakeluun on suuri määrä palveluita, joiden avulla toteutat sekä digitaaliset että fyysiset markkinointikampanjat haluamasi kokoisella budjetilla. Näitä on koottuna mm. tässä artikkelissa. Pienen budjetin täsmämarkkinointi onnistuu ketterästi mm. Googlen ja Facebookin palveluissa.
6. Verkkokauppa: Oman nettikaupan perustaminen on suhteellisen vaivatonta. Tätä vaihtoehtoa kannattaa harkita silloin, jos haluat täyden kontrollin palveluiden ja tuotteiden myyntiin, sekä asiakaspalautteen keräämiseen. Verkkokauppa-alustoja on myös tarjolla lukuisia.
7. Jakelu: Tuote on lopuksi saatava luotettavasti asiakkaalle. Maailmanlaajuiseen jakeluun erikoistuneita yrityksiä on myös runsaasti, kuten DHL ja UPS. Mikäli keskityt paikallisiin markkinoihin ja lähituotantoon, kannattaa käyttää paikallisia tapoja ja toimintoja, kuten pyöräkuriirit ja yhteistyö vaikkapa pizzajakelun kanssa. Jakeluun liittyviä niksejä ja ongelmakohtia on kuvattu tässä.

Verotus! Yllä kuvatut mahdollisuudet liittyvät usein toimintoihin ja tuloihin, jotka eivät suoraan näy verottajalle. Toiminnan luotettavuuden ja jatkuvuuden suhteen kannattaa kuitenkin toimia reilusti ja avoimesti myös verottajan suuntaan, eli saadut tulot on syytä ilmoittaa. Tähän liittyviä kokemuksia ja ohjeita on tarjolla mm. tässä blogissa.

Polku kohti 3D-tulostuksen asiantuntijuutta alkaa kokeiluista! Maailmalla on suuri pula osaajista ja globaalisti työttömyysprosentti on puhdas nolla. Kuinka sinun tarinasi alkaa?

Lukemista: Suosittelen tutustumaan Chris Andersonin inspiroivaan teokseen Makers: The New Industrial Revolution, jossa kuvataan laajemmin kuinka uudenlainen tuotteiden tekeminen on hahmottumassa ja millaisia mahdollisuuksia on tarjolla.

---

3DStepin Start-up -iltapäivä 22.8 2018 Ylöjärvellä

3DStepin start-up -iltapäivässä 22.8. tutustutaan start-up -yritysten kokemuksiin 3D-tulostuksen parissa ja pureudutaan alan tarjoamiin uusiin ansaintamahdollisuuksiin. Tule kertomaan myös oma tarinasi!

Lisätietoja ja ilmoittautuminen: http://www.3dstep.fi/tapahtuma/startup/

Haluatko tapahtuman yhteistyökumppaniksi? Ota yhteyttä: pekka.ketola @ 3dstep.fi

Tervetuloa!

 

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.

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.

Tuote on alusta

Alustat (platforms) ovat välttämättömiä digitalisaation työkaluja, koska ne mahdollistavat resurssitehokkaasti kehittäjien kohtaamiset, sekä erilaisten palveluiden ja tuotteiden kehittämisen ja tarjoamisen. Useiden alustojen laajamittainen ja systemaattinen käyttö muodostaa alustatalouden.

Mikä alusta on? Alustan määrittely ei ole aina selkeää ja puhujasta riippuen alusta voi tarkoittaa monenlaista asiaa. Esimerkiksi, kaupunki voidaan kuvata innovaatioalustana, puhelimen käyttöjärjestelmä on ohjelmistoalusta ja kampus on oppimisalusta. Voiko tuote olla alusta?

Kautta aikojen ihmiset ovat muokanneet käyttämiään esineitä ja työkaluja vastaamaan paremmin omia tarpeitaan. Esineet ovat kehittyneet käyttäjien käsissä, ne ovat saaneet uusia ominaisuuksia, tai niitä on tietoisesti väärinkäytetty, kuten vaikkapa ruuvimeisseliä maalipurkin avaamiseen. Nämä ovat johtaneet lukemattomiin keksintöihin ja aivan uusiin tuotteisiin.

3D-tulostus on vienyt käyttäjien tuottamat tuoteinnovaatiot uusiin ulottuvuuksiin. 3D-tulostus perustuu 3D –malleihin, jotka ovat tyypillisesti STL-muodossa. Malli luodaan 3D-suunnitteluohjelmalla (CAD), käänteismallintamalla (3D-skannaamalla), tai muokkaamalla olemassa olevaa 3D-mallia.

Erityisesti 3D-tulostuksen kuluttajasovelluksissa elää vahvana jakamisen, kopioinnin ja jatkokehittämisen kulttuuri. Mallikirjastoissa, kuten Thingiverse.com, 3D-mallit ovat kaikkien saatavilla ja mallien kehittäjät kannustavat muita oman mallinsa parantamiseen. Näissä kirjastoissa on originaaleja julkaisijan tekemiä malleja, sekä esimerkiksi kaupallisten tuotteiden pohjalta tehtyjä näköismalleja, luvan kanssa tai ilman. Esimerkiksi vuoden 2017 ilmiö fidget spinner sai aikaan maailmanlaajuisen 3D-tulostettavien mallien kehittämisbuumin.

Fidget spinner. Lähde: https://www.thingiverse.com/thing:1936720

Alkuperäisen tuotteen suunnittelija voi yrittää estää mallin käyttämisen, esimerkiksi vedoten tekijänoikeuksiin tai brändin suojeluun. Näin tapahtui aluksi mm. Game of Thrones -elokuvasta tehtyjen 3D-mallien suhteen. Toinen vaihtoehto on suosia ja mahdollistaa tuotteen pohjalta tapahtuvat parannukset, variaatiot ja korjaukset, ja edelleen hyödyntää kehittäjien ideat omaan tuotekehitykseen. Esimerkiksi MyLittlePony, GoPro ja puhelinten lisälaitteiden valmistajat toimivat aktiivisesti ja keräävät tehokkaasti tietoa tuleviin tuoteisiin ja palveluihin

GoPro -kamerateline. Lähde: https://www.thingiverse.com/thing:939266

Kun tuotteen pohjalta tapahtuva avoin innovaatio ja käyttäjien omatoiminen kehitys, tai ”automaattinen co-creation” (ref. professori Thierry Rayna) sallitaan, tuotteesta muodostuu innovaatioalusta. Kuluttajatuotteissa tuotteiden automaattinen co-creation luo tietoa käyttäjien arvostamista ominaisuuksista ja se toimii myös sosiaalisen toiminnan alustana. Esimerkiksi fidget spinnerin myötä syntyi itsestään kansainvälisiä kehittäjäyhteisöjä, mallikirjastoja ja uutta liiketoimintaa. Teollisissa tuotteissa tilanne on samankaltainen. Jos avoin innovaatio sallitaaan, tuote muuttuu tuotekehitysalustaksi, joka sallii ammattimaisten kehittäjien laajamittaisen hyödyntämisen ja uusien tuotteiden nopeamman kehityksen. Mm. amerikkalainen Local Motors hyödyntää tätä uusien autojen kehityksessä.

Digitaalisessa 3D-tulostuksen maailmassa käyttäjien omatoimista tuotekehitystä, -kopiointia ja -parannusta on käytännössä mahdotonta estää. On siis löydettävä keinoja ilmiön hyödyntämiseksi.

Teollisen 3D-tulostuksen edistyessä on syytä kysyä, millaista uutta liiketoimintaa voidaan synnyttää luomalla avoimen innovaation tuote-alustoja, jotka perustuvat avoimeen kehitykseen, tuotemuutosten omatoimiseen tekemiseen, lisälaitteiden kehittämiseen ja hyvien ideoiden palkitsemiseen? Saadaanko tuote-alustojen avulla mobilisoitua suurempi kehittäjäyhteisö ja tehokkaampi tapa kerätä tietoa asiakastarpeista?

Haastan suomalaiset yritykset kokeilemaan avointa innovaatiota ja automaattisen co-creationin hyödyntämistä 3D-tulostettavien ja miksei muidenkin tuotteiden kehityksessä.

Pekka Ketola, 18.10.17

Tampereen Visio: The Co-creative Manufacturing City

Vaikka nykymenossa on vaikea pysyä mukana ja digitaalisuus tuottaa monenlaisia harhoja, yritän silti antaa mahdollisimman totuudenmukaisen kuvan kotikaupunkini teollisuusmaisemasta sellaisena kuin se tänään, elokuun 17. päivänä vuonna 2042, avautuu Pyynikin näkötornin juurelta itään, länteen, pohjoiseen ja etelään. Sekä tietysti kaupungin digiulottuvuuteen.

Sain eilen kutsun Tarastenjärven materiaalikylään. Siellä avataan ensi viikolla kolmas jalostuslinja, joka valmistaa jätteestä jalometallipulveria elektroniikan 3D-tulostukseen. Kaksi aikaisempaa laitosta toimivat jo täydellä teholla. Muovijätteestä jalostetaan ykköslinjassa monipuolisesti erilaisia materiaaleja mm. kivijalkapuotien 3D-tulostustuotteisiin. Kakkoslaitoksessa metalliromu päätyy metallitulostuskortteleiden loputtomiin tarpeisiin.

Vielä muutama vuosi sitten metallipulvereita valmistettiin vain harvoissa jalostuslaitoksissa, mutta tekniikan kehittyessä edulliseksi laitokset levisivät kaikkialle. Neljäs jalostuslinja on jo valmisteilla. Sen on tarkoitus muuntaa biojäte biotalojen tulostusmateriaaliksi.

Menen avajaisiin vesiratikalla T4, joka rakennettiin palvelemaan materiaalikylän kehittyvää liikennetarvetta. T4 on lempireittini, koska se oikaisee Teiskon suuntaan kätevästi Siilinkarin kautta Näsijärven pinnassa ja maisemat ovat edelleen upeat.

Tampereen yliopisto on rakentanut materiaalikylän yhteyteen Euroopan edistyneimmän urbaanin kaivostoiminnan kehitysyksikön, joka palvelee nopeasti muuntuvaa materiaalikehitystä. Yksikköä johtaa materiaalipsykologian professori Karo Viikki, jonka erityisalana on luovuus kiertotaloudessa.

Kaupungit nähdään tulevaisuuden kaivoksina, joista voidaan kerätä kaikenlaisia materiaaleja kierrätykseen. Ilmiötä kutsutaan nimellä urban mining, ja sillä tarkoitetaan metallien talteenottoa esimerkiksi jätteistä, rakennuksista ja infrastruktuurista. Urban mining on yksi megatrendeistä.

Tampereen on kokenut viime vuosina nopean muutoksen. Ilmastopakolaisuuden johdosta Espanjasta, Portugalista ja Välimeren eteläpuolelta saapui Pirkanmaalle SPR:n jo vuonna 2018 tekemän ennusteen mukaisesti nopeassa tahdissa lähes puoli miljoonaa uutta asukasta, tuoden mukanaan käsittämättömän määrän huippuosaajia. Tampereen väkiluku lähestyy nyt miljoonan haamurajaa. Suomalaisten osuus väestösä on lähes 40%, siis paljon suurempi kuin Turussa.

Science-tiedelehdessä julkaistussa tutkimuksessa todettiin, että jos ilmaston lämpeneminen etenee kahteen asteeseen, suuri osa eteläistä Espanjaa, samoin kuin muut alueet Välimeren ympäristössä muuttuvat autiomaaksi. Kansainvälinen Punainen Risti arvioi, että vuonna 2050 ilmastopakolaisia voi olla 250 miljoonaa. 

Myös Tampereen valmistava teollisuus on uusiutunut täydellisesti. Riiassa vuona 2030 laaditun kansainvälisen resurssisopimuksen mukaisesti valmistava teollisuus saa nykyään valmistaa tuotteita ainoastaan kysynnän mukaan ja kaikki yli 10 kappaleen varastot ovat jyrkästi kiellettyjä kaikilla toimialueilla, paitsi elintarviketeollisuudessa. Sopimus oli helppo saada aikaan, koska raaka-aineet olivat kaikkialta loppumassa ja hinnat nousseet pilviin.  Sopimuksen jälkeen tilanne on helpottunut ja hinnat ovat kääntyneet jälleen laskuun. Eihän varastojen ylläpidossa ylipäätänsäkään olisi enää mitään järkeä.

Maailman ylikulutuspäivä on laskennallisesti se päivä, jona ihmisten ekologinen jalanjälki ylittää maapallon biokapasiteetin. Suomalaiset kuluttavat oman osansa maailman luonnonvaroista noin nelisen kuukautta maailman keskiarvoa aiemmin. Vuonna 2017 suomalaisten ylikulutuspäivä oli 3. huhtikuuta. 

Vuoden 2030 jälkeen seurasi kaksi vaikeaa vuotta, koska yritysten oli luotava uudet toimintamallit materiaalitehokkuuden saavuttamiseksi. Sen jälkeen yritysten tuottavuus nousi radikaalisti, kun raaka-ainevarastot ja varaosavarastot eivät enää rasittaneet yritysten toimintaa. Myös suuri määrä varastoina käytettyjä kiinteistöjä vapautui uuden teollisuuden käyttöön.

Ylikansalliset materiaaliyritykset eivät onneksi onnistuneet valtaamaan markkinoita, koska materiaalituotanto ja materiaalin jalostaminen tuotteiksi oli muuntunut suurelta osin lähituotannoksi materiaalikylien ansiosta.

Lähituotannon kehittyminen sai lisävauhtia, kun rahoittajat lähtivät liikkeelle. Vielä muutama vuosi sitten yksityishenkilöiden pankkitileillä nukkui enemmän rahaa kuin koskaan aiemmin Suomen historiassa, mutta uusi toimintamalli tarjosi houkuttelevia sijoituskohteita. Pankit loivat uusia ketterän teollisuuden rahoituspalveluita ja lähituotannon rahastoja. Tampereella perustettiin muuten Euroopan ensimmäinen erikoistunut 3D Pankki, joka täyttää ensi vuonna 15 vuotta.

Teollisuuden suurin muutos ja disruptio tapahtui jo kaksikymmentä vuotta sitten, kun 3D-tulostuksen tekniikat tekivät odotetun laajamittaisen läpimurron. Valmistusnopeudet nousivat tuhatkertaisiksi, materiaalien saatavuuteen liittyvät ongelmat ratkaistiin materiaalikylissä ja menetelmän yleinen kustannustaso alitti kipukynnyksen. Ohjelmistojen ja laitteiden avoimuuteen perustuva kehityskulttuuri varmisti, että laite- ja prosessi-innovaatiot levisivät salamannopeasti kaikkialle.

Investointien myötä Tampereelle syntyi ripeästi useita erikoistuneita tulostuskortteleita. Nyt niitä on jo lähes kolmekymmentä. Tulostuskortteleiden verkosto palvelee lähes kaikkia teollisuuslaitoksia, kauppoja, yrityksiä ja kaupunkilaisia. Vain harva yritys investoi enää omiin koneisiin ja laitteisiin.

Ensimmäisenä Sokoksen kortteli muuttui nopeaksi kuluttajatuotekeitaaksi, jossa tuotetaan mitä kummallisimmilla tulostustekniikoilla arjen käyttöesineitä.  Sen jälkeen Ylöjärven liepeille syntyi tunnelmallinen Titaanikaupunki, joka on kuuluisa titaanista tulostetusta puumaisesta portista. Osa Tampereen tulostuskortteleista on koottu muodikkaista tulostuskonteista ja -moduleista. Muokattavat 3D-kerrostalomodulit ovat muutoinkin muodissa, kuten Tesoman design-korttelissa jokainen voi itse todeta.

Viime keväänä Vuoreksen ekokylään nousi puutalojen tulostuksen Biotalolaakso, joka tuottaa ketterästi uusia asuntomoduleja biomateriaalista kasvavan kaupungin tarpeisiin. Toistaiseksi materiaali on tuotu junalla Lahden biokomposiittijalostamolta, mutta kohta se saadaan Tarastenjärveltä, ylpeästi oman kaupungin jätteistä!

Työn tekeminen on muuttunut kovasti. Lapsenlapseni Juanita kouluttautui Nambian verkkoyliopistossa 3D-tulostuksen Tuottajaksi. Malli kopioitiin muinoin musiikkiteollisuudesta, koska se vastasi parhaiten teollisuuden tarpeita. Juanitan työhön kuuluu nopeiden 3D-tuotekehitysprojektien tuottaminen kaikenlaisille asiakkaille, kuten pankeille, autoteollisuuden mikrotehtaille ja kenkästudioille. Eihän kukaan enää halua riskiä ja vaivaa raskaan organisaation rakentamisesta, kun varsinaisen työn voi yhtä hyvin tehdä siihen erikoistunut tuottaja, joka tuntee kaikki tuotannon verkostot ja uusimmat jujut.

Työn muuttuminen on yksi suurimmista megatrendeistä. Työpaikat, asiantuntijuus ja työsuhteet muuttuvat. Tiedämme tulevaisuuden työpaikoista yhtä paljon kuin 1800-luvun suomalainen pystyi arvaamaan meidän arkipäiväämme.

Vierailin viime viikolla Vehmaisten tulostuskorttelissa, joka keskittyy työkalujen tulostukseen. Toiminta on täällä samankaltaista kuin muissakin kortteleissa. Uusi työkalu valmistuu tulostimesta keskimäärin 60 sekunnissa tilauksen saapumisesta. Robotti tekee työkalulle tarvittavat jälkikäsittelyt ja laadunvarmistuksen, jonka jälkeen se toimitetaan asiakkaalle sopivimmalla tavalla, tyypillisesti nelikopterilla tai sähköjäniksellä. Asiakas saa uuden työkalun n. 20 minuutin kuluttua tilauksesta. Vehmaisten tulostuskorttelissa on n. 90 tulostinta ja työtehtäviä se tarjoaa n. 5000:lle toimijalle, kun mukaan lasketaan mikromaksuja saavat freelancerit.

Oppivat koneet ja tekoälyjärjestelmät hoitavat lähes kaikki rutiinit. Teollisuudessa keskitytäänkin lähinnä uusien ideoiden tuotantoon ja liiketoimintamallien virittämiseen. Miljoonan asukkaan Tampere on uskomaton ideoiden ja osaamisen aarreaitta. Teollisuuden muutosprosesseista tärkein on tällä hetkellä tuotekehityksen joukkoistuminen. Joka hetki kaupungissa on hereillä ja vapaana kymmeniätuhansia freelance-tuotekehittäjiä ja tuottajia, jotka pystyvät salamannopeasti luomaan uusia tuoteideoita ja muuttamaan ideat suunnittelupiirrustuksiksi. Työt palkitaan välittömästi mikropalkkioilla, joista nykyään muodostuu ansainta lähes kaikilla aloilla.

Nopeudesta on myös haittaa, sillä tieto liikkuu vaivattomasti myös kilpailijoille. Kilpailuedun (KE) menettäminen on yksi suurimmista riskeistä ja sen estämiseksi on syntynyt kokonainen uusi toimiala. On syntynyt mm. KE-vakuutuslaitoksia ja KE:n-palautuspalveluita. Tärkeimmäksi suojamekanismiksi on kuitenkin noussut ihmisten arvostaminen ja arvoketjuluottamuksen rakentaminen, joka luo vahvan ihmismuurin ja suojaa parhaiten myös digitaalisilta hyökkäyksiltä.

Työttömiä ei käytännössä enää ole, koska jokaiselle halukkaalle löytyy mielekästä työtä. Työttömyysprosentin laskennasta luovuttiin viime vuonna, koska se todettiin turhaksi rutiiniksi. Tampere palkittiin jälleen kerran maailman parhaana työpaikkana – nyt jo viidennen kerran.

Miten kuvailisin Pyynikin maisemaa, jossa munkintuoksu on edelleen yhtä ihana kuin lapsuudessani? Takana on pitkä kehityskaari ja suuri hyppäys teollisuuskaupungista innovaatiometropoliksi, lähes renesanssiajan kaupunkivaltioksi.

Pormestareiden johdonmukainen yli 40 vuotta jatkunut osallistavaa kehitystä luonut kaupunkistrategia kantaa hedelmää. Tampere on luonut resilienssin muutosten suojaksi ja kyennyt hyödyntämään kaupunkiin saapuneet eri alojen osaajat, monikulttuurisuuden, sekä heidän kansainväliset ja digitaaliset verkostonsa.

Tampereen teollisuus otti ensimmäisenä 3D-tulostuksen suuressa mittakaavassa tosissaan ja loi kansainvälisen ykkösaseman alan veturina. Teollisuutta yhdistävä visio tuotannon muuttumisesta mahdollisti laajan ja perusteellisen uudistumisen. Poikkeuksellinen uudistumiskyky onkin kaupungin arvostetuin ominaisuus, joka näkyy mm. huippusijoituksena Rockefeller Foundation:in 100 Resilient Cities listoilla.

Pekka Ketola & Ideascout -tiimi, 17.8.2042

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.

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

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.

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.

      

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.

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?

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.

 

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 frequently.

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

• 3D Printing and Additive Manufacturing State of the Industry – Wohlers report. ISBN 978-0-9913332-3-3
• 3D Printing, Intellectual Property and Innovation: Insights from Law and Technology, Ballardini, Norrgård, et al. (ed) 2017. ISBN 9789041183828
• 3D printing and applications: academic research through case studies in Finland. 2016. Flores; Huotilainen; Mohite; Chekurov; Salmi; Helle; Wang; Kukko; Björkstrand, ; Tuomi; Partanen. Free
• Europe Additive Manufacturing Strategy. 2017. CECIMO. Short summary of the report. Free
• Technical, Economic and Societal Effects of Manufacturing 4.0. Automation, Adaption and Manufacturing in Finland and Beyond. Springer 2020. Mikael Collan and Karl-Erik Michelsen. Free.

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 PRINTING PROJECTS: 200 3D Practice Drawings For 3D Printing.  Sachidanand Jha 2019. Online bookstores.
• 3D Printing Without Prior Knowledge: 7 days to your first 3D print (Become an Engineer Without Prior Knowledge). Benjamin Spahic. 2022
• 3D-tulostettujen metallien tutkimus. Mari Tanttari, Harri Laaksonen. TAMK harjoitustyö. 2017.
• A Guide to Additive Manufacturing. 2022. Damir Godec, Joamin Gonzalez-Gutierrez, Axel Nordin, Eujin Pei, Julia Ureña Alcázar. Springer.
• 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.
• Handbook of Additive Manufacturing (AM) adoption Universityu of Turku 2024
• 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

• 3D Printing For Money: The first handbook on how to make Money with 3D Printers. Richard Licastro. 2022
• 3D-tulostuksen suunnittelu- ja päätöksenteko-opas yrityksille. DIMECC publications series no. 12. Chekurov S., Eklund P., Kujanpää V., Pekkarinen J., Syrjälä K. and vihinen J.  FREE
• 3D Printing Focused Peer Production – Revolution in design, development
  and manufacturing. Moilanen Jarkko 2017. Doctoral thesis. FREE
• 3D Printing Business: How to Start a Successful 3D Printing Business. ClydeBank Business. Available in online bookstores.
  ESBN: 1511830875
• Additive impact part #1 – how AM could disrupt your market. Marc Saunders. Blog.
• Additive impact part #2 – how AM could disrupt your market. Marc Saunders. Blog.
• Additive Manufacturing for the Aerospace Industry. Francis Froes and Rodney Boyer. 2019.
• DfAM strategy – create ’design space’ for maximum AM impact. Marc Saunders. Blog.
• Early adoption of 3D Printing Technology: Risks and Rewards. Free ebook. Global imaging.
• From rapid prototyping to home fabrication: How 3D printing is changing business model innovation. 2016. Rayna T. and Striukova L.
• How To Make Money With 3D Printing: Passive Profits, Hacking The 3D Printing Ecosystem And Becoming A World-Class 3D Designer. Jeffrey Ito. Available in online bookstores.
• Making metal AM more accessible. Marc Saunders. Blog.
• Supercharg3d: How 3D Printing Will Drive Your Supply Chain. 2019. Len Pannett
• Wohlers Report 2018. 3D printing and additive manufacturing state of the industry.

4. Workflow

• 3D Printing Failures: 2019 Edition: How to Diagnose and Repair ALL Desktop 3D Printing Issues. 2019. Sean Aranda and David Feeney. ISBN-13: 978-1731458629
  ISBN-10: 1731458622.
• AM-prosessin integrointi tuotantoon – metalliosien valmistuksen työvaiheet. Tutkimusraportti VTT-R-03327-16. Antti Vaajoki, Sini Metsä-Kortelainen.  FREE
• Introduction to additive manufacturing technology- A guide for Designers and Engineers. European powder metallurgy association. FREE
• DfAM essentials – print parts efficiently and effectively. Marc Saunders. Blog.

5. Design & optimisation

• An Introduction to Design for Additive Manufacturing. EBook. FREE. Publisher: PTC. 2023
• Can you build AM parts without supports? Marc Saunders. Blog.
• Design for additive manufacturing. 2016. Komi. VTT Research report VTT-R-03159-16. Free.
• Design for Additive Manufacturing: Tools and Optimization (Additive Manufacturing Materials and Technologies). 2019. Martin Leary. Available in online bookstores. Review.
• Design guide for additive manufacturing of metal components by SLM process. Research report VTT-R-03160-16. Kokkonen P., Salonen L., Virta J., Hemming B., Laukkanen P., Savolainen M., Komi E., Junttila J., Ruusuvuori K., Varjus S., Vaajoki A., Kivi S., Welling  J. h FREE
• Design Guidelines for Additive Manufactured Snap-Fit Joints. 2016.Procedia CIRP 50 ( 2016 ) 264 – 269. Christoph Klahna, Daniel Singerb, Mirko Meboldt. FREE
• Functional Design for 3D Printing. Clifford T Smyth. ESBN: 1511572027.  Available in online bookstores.
• Giga-voxel computational morphogenesis for structural design. Niels Aage, Erik Andreassen, Boyan S. Lazarov & Ole Sigmund. 2017. Article.
• Is topological optimisation really optimal? Marc Saunders. Blog.
• Laser-Based Additive Manufacturing of Metal Parts: Modeling, Optimization, and Control of Mechanical Properties. Book. Linkan Bian, Nima Shamsaei, John Usher. 2017. Includes chapter: Microstructural and Mechanical Properties of Metal ALM by Moataz Attallah.
• Minimal manifolds revisited – shedding more material & boosting performance. Marc Saunders. Blog.
• Structural Optimization and Additive Manufacturing. Ibabe J., Jokinen A., Larkiola J., Arruabarrena G. FREE
• Prototyping And Modelmaking For Product Design, Second Edition. Bjarki Hallgrimsson. 2019.
• Design for additive manufacturing. Erin Komi. Research report VTT-R-03159-16. FREE

6. Materials & reports

• Additive Manufacturing – Developments in Training and Education. 2018. Eujin Pei, Mario Monzón, Alain Bernard
• Lisäävän valmistuksen keskeiset materiaalit ja niiden ominaisuudet. Tutkimusraportti VTT-R-03997-16. Antero Jokinen, Tuomas Riipinen. FREE
• Recycled Plastics in 3D printing – Laboratory for Development, January 2016 – September 2017. Project summary. Turku​ ​University​ ​of​ ​Applied​ ​Sciences: Jenni Suominen, Marketta Virta, Laura Laitinen, Juha Nurmio, Liisa Lehtinen. Arcada​ ​University​ ​of​ ​Applied​ ​Sciences: Maiju Holm, Mirja Andersson. SYKE​ ​-​ ​Finnish​ ​Environment​ ​Institute: Hanna Eskelinen, Helena Dahlbo.
• Selecting the Right Material for 3D Printing. White Paper.  Register and download.

7. Manufacturing & construction

• 3D-Printed Body Architecture. Neil Leach (Guest Editor), Behnaz Farahi (Guest Editor). Book. 2017
• Additive Manufacturing of Metals- From Fundamental Technology to Rocket Nozzles, Medical Implants, and Custom Jewelry. 2017. Milewski, John O.
• Flaws in Metal AM Parts: How to Detect Them and What They Mean. Peter Zelinski. Blog post.
• Printing Architecture – Innovative Recipes for 3D printing. 2018. Ronald Rael and Virginia San Fratello. Princeton Architectural press.
• The Construction Industry in the 21st Century. CACM March 2018 vol 61. Keith Kirckpatrick. Technology review.

8. Post processing

• 5 Easy Ways to Remove Metal Support Structures. Blog. FREE
• Post Processing Methods used to Improve Surface Finish of Products which are Manufactured by Additive Manufacturing Technologies: A Review. 2016. Kumbhar N.N,  Mulay A.V. FREE

9. Resources

• Additive manufacturing today white papers.
• Metal Additive Manufacturing magazine.
• Case studies (Renishaw)
• Visualizing Mathematics with 3D Printing, Henry Segerman 2016

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:

Name(pakollinen)

Email(pakollinen)

Website

Title or description(pakollinen)

Lähetä

Δ

3D-tulostus on autoalan hevosvoima

Autoala on jatkuvassa myllerryksessä. Muutoksen tuulia edustavat mm. robottiautot, autojen kytkeytyminen tietoverkkoihin ja tekoälyn vauhdittamat älykkäät ominaisuudet. Myös kaupunkisuunnittelussa autoiluun haetaan uusia systeemisiä ratkaisuja, jotta ruuhkien tukehduttamat kaupungit saataisiin taas eläviksi. Kaupunkisuunnittelua tukevat lukuisat smart traffic – hankkeet kaikilla mantereilla.

Muutosten myötä autovalmistajat ja uudet pelurit, kuten Google ja Amazon, etsivät uusia ajatusmalleja, tuotantotapoja ja haluavat ymmärtää, miten liikkumisen tarpeet muuttuvat seuraavien vuosien aikana.

Tulevaisuustyötä tehdään kiihkeästi kaikilla rintamilla. Tästä on esimerkkinä Ladan tulevaisuusvisio, joka käsittelee autoilua kokonaisuutena. Suurten toimijoiden lisäksi erityistä mielenkiintoa herättävät outlierit – pienet toimijat, jotka kehittävät kummallisilta tuntuvia ratkaisuja ja kokeiluja normaalitoiminnan laitamilla omilla pelisäännöillään, mutta jotka onnistuessaan voivat skaalautua ja muuttaa yllättäen pelikenttää, kuten Uber.

3D-tulostus

3D-tulostus tarjoaa oman vääntönsä autoalan muutokseen. Teknologian avulla autojen suunnittelu, valmistus ja elinkaaripalvelut tulevat uusiutumaan ja muuntumaan. Seuraavassa on muutamia skenaarioita mahdollisista muutoksista.

Autotehtaasta mahdollistajaksi

Auto on yhä enemmän käyttäjänsä määrittelemä. Sen yksityiskohdat ja ergonomiset ratkaisut räätälöidään automaattisesti ja myös vuoropuheluna käyttäjän kanssa. Suurin osa räätälöinnistä ei juurikaan vaikuta auton hintaan, koska automatisoiduille ja 3D-tulostusta hyödyntäville valmistusprosesseille on yhdentekevää yksityiskohtien muodot tai toiminnallisuudet, kunhan valmistusalusta on viritetty palvelemaan tarkoitusta. Yksilöllisten ominaisuuksien luomisessa hyödynnetään asiakkaasta eri yhteyksissä kerättyä henkilökohtaista dataa.

Toimijoiden roolit siis muuttuvat. Autotehdas muuttuu palveluntarjoajaksi ja mahdollistajaksi, myyjästä tulee empaattinen autoräätäli, asiakkaasta kehkeytyy myyjän kumppani auton suunnitteluun. Varsinainen auton valmistus tapahtuu asiakkaan lähellä siirrettävässä mikrotehtaassa.

Lähde: http://www.coroflot.com/neobhushan/LOCAL-MOTORS-for-Bengaluru

Edelläkävijänä tämänkaltaisessa toiminnassa on amerikkalainen LocalMotors, joka toteuttaa jo tämänsuuntaisia palveluita autosuunnittelussa. LocalMotorsin ensimmäinen sarjavalmisteinen 3D-tulostettu automalli on tulossa markkinoille 2017.

Ekotehokas auto

3D-tulostus tekee autosta paremman. Luontoa jäljittelevillä rakenteilla ja muodoilla autoista tulee keveämpiä ja kestävämpiä. Tietä tälle kehitykselle raivaa erityisesti lentokoneteollisuus, kuten Airbus, joka hyödyntää 3D-tulostusta aktiivisesti lentokoneiden keventämiseksi.

3D-tulostusta hyödyntämällä auton mekaanisista osista ja moottorista saadaan tehokkaampia ja kevyempiä. Esimerkiksi Renault on onnistunut keventämään moottorin painoa 25%:lla, samoin kuin osien lukumäärää.

Auto on parempi, kun se rasittaa ympäristöä vähemmän elinkaarensa aikana. Tähän johtavat uudet rakenteet, pienempi materiaalin kulutus, keveys, sekä ylläpidon ja avoimen innovaation uudet mahdollisuudet. Auton kehittäjiksi ja suunnitteluratkaisujen parantajiksi voidaan valjastaa kaikki halukkaat suunnittelijat ja joukkoistamalla tuottaa nopeasti korkealaatuisia ratkaisuja havaittuihin ongelmiin.

Myös tässä toiminnassa LocalMotors on tiennäyttäjä. Joukkoistuksen ja 3D-tulostuksen avulla paremmat osat voidaan valmistaa saman tien prototyypeiksi ja ottaa koekäyttöön. Samaa strategiaa käytetään myös muilla aloilla. Esimerkiksi kameravalmistaja GoPro tukee avointa innovaatiota ja kannustaa avoimesti kehittämään uusia lisälaiteratkaisuja 3D-tulostusta hyödyntämällä.

Huollon paremmat työkalut

Autojen kehityksen yhteinen piirre on autojen kompaktius. Moottoritilaan ahdetaan yhä enemmän laitteita ja osien saavutettavuus vaikeutuu. Tämä purkautuu tarpeena sijoittaa laitteita ja elektroniikaa auton muihin rakenteisiin. Tilannetta ei helpota autojen laajamittainen yksilöllistyminen ja normaalirakenteista poikkeavat yksityiskohdat.

Syntyy siis tarve hyvinkin yksilöllisille huoltotyökaluille – sekä ammattilaisille että tee-se-itse -korjaajille. 3D-tulostuksen avulla kaikki mahdolliset työkalut ovat jokaisen saatavilla ilman merkittäviä lisäkustannuksia. Yksinkertaiset työkalut syntyvät jo edullisilla kotitulostimilla muutaman sentin kappalehintaan. Kalliimmat työkalut voi noutaa lähimmästä 3D-tulostuksen palvelutoimistosta.

3D-tulostus mahdollistaa edullisesti myös henkilökohtaiset apuvälineet, jotka lisäävät käsivoimaa, auttavat ulottumaan tai poistavat fyysisen vamman aiheuttaman hankaluuden, kuten sormien puuttumisen. Auton ylläpitoon voidaan tuottaa täydellinen ja henkilökohtainen huoltovälineistö, joka päivittyy esimerkiksi auton vaihdon yhteydessä.

 

Lähde: Vasen: http://www.3ders.org/articles/20151202-unyq-launches-collection-of-3d-printed-prosthetic-upper-limb-covers.html. Oikea: https://3dprint.com/tag/3d-printed-surgical-tools/

Uudet palvelut

3D-tulostus luo vääjäämättä uusia palvelutarpeita. Osa näistä tarpeista voidaan ratkaista kehittämällä nykyisiä toimintoja, mutta syntyy myös uudenlaisia ratkaisuja. Nämä löytyvät jo osittain tämän päivän outlier -toimijoista.

Kun auto on yhä yksilöllisempi ja se voi kehittyä elinkaarensa aikana, syntyy luultavasti tarve jonkinlaiselle autokummi -toiminnalle. Autokummi ottaa hoitaakseen yksilöllisyyden ylläpidon ja auton kunnossapitoon liittyvät päivittäiset kysymykset, sekä tuottaa 3D-tulostusta hyödyntämällä uusia ratkaisuja autoilijan muuttuviin tarpeisiin.

Auton omistaja muuttuu ostajasta suunnittelijaksi ja osittain tekijäksi (prosumer). Koska autoiluun liittyy massiivinen määrä lakeja ja säädöksiä, tarvitaan palveluita, jotka tukevat autoalan prosumerismia. Käytännössä tämä johtaa monenlaisiin yhteissunnittelun toimintatapoihin, uusiin suunnittelu- ja valmistuspalveluihin, sekä tiedonhankintapalveluihin.

Painettu ja 3D-tulostettu elektroniikka tuo uusia ratkaisuja auton rakenteisiin, mutta myös penkin ja ratin väliin. Amerikkalainen Organovo tarjoaa asiakkailleen ohjelmoitavia biotulosteita, jotka asennetaan ihmisen kehoon. Millainen palvelu syntyy, kun tuodaan yhteen auton älykkyys, auton kytkeytyminen käyttäjään langattomalla yhteydellä ja nopeasti kehittyvä tekoäly? Jos tänään auton ovi avautuu käden heilautuksella, niin huomenna tapahtuu jo paljon enemmän.

So what?

Miten suomalaisen autoalan kannattaisi huomioida erityisesti 3D-tulostuksen vaikutukset?

1. Koulutus: 3D-tulostus on ymmärrettävä riittävällä tasolla. Ymmärrys luodaan tehokkaasti täydennyskoulutuksen ja ammatillisen peruskoulutuksen kautta. 3D-tulostus tulee muuttamaan maailmaamme kuten Internet. Perustiedot on hallittava: mistä 3D-tulostuksesssa on kyse. Kuinka moni autoalan toimija pärjäisi tänä päivänä ilman Internetiä? On kehitettävä koulutusratkaisuja! 3D-tulostuksen innovatiivisia koulutusratkaisuja tarjoaa mm. ylöjärveläinen 3DStep.
2. Palvelukehitys. Maailmalla on jo lukuisia autoalan sovelluksia ja palveluita, jotka hyödyntävät 3D-tulostusta mm. varaosien tuotannossa, kuten Daimler. Palveluiden määrä kasvaa tasaiseen tahtiin tuoden lisäarvoa sekä autoalan toimijoille, että asiakkaille. Autoalan on saatava liikkeelle uskaliaita palvelukehityshankkeita ja kokeiluita, jotta pärjäämme kilpailulle joka vääjäämättä rantautuu Suomeen.
3. Aiheen tutkiminen asiakkaiden kanssa. 3D-tulostuksen hyödyt ja mahdollisuudet löydetään yhdessä asiakkaiden, asiantuntijoiden ja edelläkävijöiden kanssa. Tehokas työkalu tähän on monialainen edelläkävijätyöskentely (lead user co-creation). Esimerkiksi suomalainen ideascout on erikoistunut juuri tällaiseen työskentelyyn. Yksinkertaisimmillaan oivallukset syntyvät nopeissa ideatyöpajoissa.
4. Kokeilut. Parhaiten 3D-tulostuksen maailman oivaltaa kuitenkin itse kokeilemalla. Jo kymmenet suomalaiset yritykset ovatkin hankkineet kokeilu- ja ammattikäyttöön 3D-tulostimia, sekä tukeneet laitteiden hankintaa omatoimiseen opiskeluun. Ehkäpä yksinkertainen 3D-tulostin olisi mielekäs ajatustenkehittäjä myös autokaupoisssa, korjaamoilla ja katsastuskonttoreissa.

3D-tulostus ei ole enää hypen harjalla. Se on ohittanut kriittiset kehitysvaiheet ja on nopeasti yleistymässä normaalitoiminnaksi eri aloilla. Autoalan, jos minkä on syytä pysyä vauhdissa mukana.

Prototyyppi Avant kauhakuormaajan 3D-tulostetusta hydrauliikkaosasta. Lähde: 3DStep

– Pekka Ketola, 3DStep, 29.4.2017 –

Kiinnostuitko? Ota yhteys:

Nimi(pakollinen)

Sähköposti(pakollinen)

Aihe tai idea:

Lähetä

Δ

3D Vallankumous on käynnistynyt!

Suomalaiset yritykset lännestä itään ja etelästä pohjoiseen ovat viimeinkin heräämässä teollisen 3D-tulostuksen mahdollisuuksiin ja tiedonjano lisääntyy. Tästä esimerkkinä on Ylöjärvellä 7.4.2017 järjestetty 3D Vallankumouspäivä, johon osallistui yli 100 suomalaista valmistavan teollisuuden yritystä oppimaan ja oivaltamaan.

Yritykset ovat vielä pitkälti stealth -moodissa. 3D-tulostuksen kokeiluja ja lopputuotteita tehdään kiihtyvään tahtiin, mutta uudenlaista toimintaa pidetään vielä piilossa kilpailuedun säilyttämiseksi. Poikkeuksena joukosta ovat mm. Avant Tecno ja Valmet, jotka avoimesti kertovat löytämistään mahdollisuuksista. Uutisraportti tapahtumasta: http://areena.yle.fi/1-4110185

Insinööritoimisto Enmacin Teemu Nevaharju kertoo kokemuksistaan 3D Vallankumouspäivän tiimellyksessä:

Oli mukava huomata, että 3D-tulostusteknologia alkaa Suomessakin edetä konkretian tasolle. Osallistujayrityksistä oli löytynyt hyvin oikeita kappaleita joihin on mahdollista tuoda uudelleensuunnittelun ja 3D-tulostuksen kautta uusia ominaisuuksia ja kilpailuetua. Tapahtumassa luotiin hyviä kontakteja, ja eri toimijoiden yhteistyöllä uusi teknologia saadaankin parhaiten hyödynnettyä.

3D-tulostus hyödyntäminen vaatii ajattelutavan muutoksia. Erityisesti tuotesuunnittelijat pääsevät paneutumaan uudenlaisiin mahdollisuuksiin ja muotoilun vapauteen. Orgaaniset muodot, biomimiikka ja uusien toiminnallisuuksien integrointi ällistyttävät vielä useimpia.

Marko Vossi, Vossi Oy:stä kertoo: Uuden sukupolven tuotteiden ja radikaalisti nopeamman tuotekehityssyklin vallankumous etenee vihdoin myös Suomessa. Tapahtumassa pajamiehet oivalsivat 3D-metallitulostuksen mahdollisuuksia omien tuotteidensa kautta. 3D-metallitulostamalla kannattaa valmistaa 2020-luvun optimoituja ja suorituskykyisiä tuotteita eikä vuosikymmeniä vanhoja tuotteita.

 

Mitä seuraavaksi?

Toisin kuin usein ajatellaan, teollinen 3D-tulostus ei ole hypen huipulla. Tutkimukset ja tilastot kertovat vääjäämättä, että hype ja sitä seuraava kuolemanlaakso on jo jätetty taakse ja hyödyntämisen aika on alkanut. Tästä eteenpäin teollinen 3D-tulostus muuttuu vähitellen normaaliksi toiminnaksi. Laitteet, materiaalit ja prosessit kehittyvät omaan tahtiinsa mutta välillä hypätään tuottavuusloikkaa, mm. tulostusnopeuden suhteen.

Suomalaisten yritysten on aika laittaa seuraava vaihde silmään osaamisen, oivallusten ja kokemuksen kartuttamiseksi.

Tehdään 3D-tulostuksesta normibisnestä!

Pekka Ketola, 3DStep Oy

---

3DStep Oy on suomalainen teollisen 3D-tulostuksen täyden palvelun talo. 3DStep tarjoaa mm. metallien, komposiittien ja muovien 3D-tulostuspalvelut, asiantuntijakoulutukset, sekä teollisuuden oppivan yhteisön – Masters’ Studion. www.3dstep.fi

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).

 

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.

  

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.

 

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

Hajosiko monosi? Mitkä ovat seuraavat askeleesi?

Artikkeli on julkaistu Eurometallin numerossa 7 / 2016

Kone hajosi ja taas tuhraantuu kallista aikaa varaosaa odotellessa. Vai tuhraantuuko? Metallien 3D-tulostuksen eräs suurista lupauksista on ketterä varaosien valmistus. Mitä tällä rintamalla on tapahtumassa juuri nyt?

Yritysten hyllyisssä makaa valtava määrä varaosia, joita ei kenties koskaan tarvita, tai tarve ilmenee vasta vuosien kuluttua. Maailmanlaajuisesti kyseessä on käsittämättömän suuri määrä materiaaleja, osia ja työkaluja. Esimerkiksi lentokonevalmistaja Airbus:in varastosta löytyy yli 3,5 miljoonaa erilaista lentokoneiden varaosaa. Myös kotimaisissa yrityksissä varastoihin sitoutunut pääoma voi olla jopa satoja miljoonia euroja, per yritys.

Varaosat ovat useissa tapauksissa ikävä kuluerä ja huono bisnes, joka on välttämätöntä esimerkiksi takuu- ja ylläpitolupausten täyttämiseksi. Aalto-yliopiston ja VTT:n käynnistämässä digitaalisiin varaosiin keskittyvässä tutkimushankkeessa selvitetään uusia varaosiin liittyviä toiminta- ja ansaintamalleja. Tavoitteena on edistää muutosta, jossa perinteisestä varaosien valmistusketjusta ja varastoinnista siirrytään digitalisoitumisen avulla uusiin toimintatapoihin.

Samanlaisella kehityspolulla ovat muutkin. Deutsche Bahn selvittää parhaillaan kuinka junien ylläpitoon liittyvät varaosa- ja logistiikkatarpeet täytetään 3D-tulostuksen avulla, hyödyntäen digitaalisia mallikirjastoja ja uusia palveluketjuja. Junaliikenteen varaosissa on kuitenkin erityispiirre, joka näkyy myös esimerkiksi VR:n kalustossa: jotkin osat ovat jopa 40 vuotta vanhoja ja näihin harvoin löytyy alkuperäisiä piirustuksia, saati sitten digitaalisia malleja. Tarvitaan siis ketteriä mallinnusratkaisuja, kuten 3D-skannaus, hyviä suunnitteluohjelmistoja ja valmistusmenetelmiä joiden avulla monimutkaisetkin varaosat voidaan valmistaa kustannustehokkaasti yksittäiskappaleina.

Autonvalmistajat ovat myös aktiivisia 3D-tulostettujen varaosien hyödyntäjiä. Mercedes Benzin rekkoihin saa syyskuusta 2016 alkaen alkuperäisiä muovisia SLS-menetelmällä 3D-tulostettuja on-demand varaosia. Myös muut autovalmistajat, kuten Rolls-Royce, BMW ja Daihatsu kehittävät vastaavia ratkaisuja. Alkuperäisiä sekä tuunattuja 3D CAD-malleja on laajasti tarjolla Internetissä, tuoden varaosatoiminnan periaatteessa kaikkien saataville.

On-demand varaosiin liittyvät arvolupaukset ovat erityisen houkuttelevia lentokoneiden ylläpidossa. Lentokoneiden osiin liittyvät tarkat turvallisuusmääräykset ja varaosien on täytettävä standardeissa asetetut vaatimukset ja hyväksyntäprosessit. 3D-tulostettujen varaosien hyödyntämiseksi lentokonevalmistajat ovat liittoutuneet RepAIR –konsortiumiksi, joka kehittää yhteisiä prosesseja mm. reaaliaikaisen varaosatuotannon mahdollistamiseksi.

Miten yrityksesi voi hyötyä 3D-tulostetuista varaosista? Tarjoaako se aivan uuden liiketoimintamahdollisuuden vai kenties ratkaisun, jolla varaosiin liittyvät kustannukset saadaan minimoitua? Kannattaa ottaa selvää, loikata eteenpäin ja tehdä yhä parempaa bisnestä.

Suomalainen 3DSTEP Oy tarjoaa metallien lisäävän valmistuksen kattavat ja luotettavat palvelut mm. Suomen järeimmällä metallitulostimella. Kanssamme pääset konkreettisesti tutustumaan metallien 3D-tulostukseen, oivaltamaan mahdollisuudet, kokeilemaan käytännössä ja hyödyntämään tuotannossa. Tervetuloa 3DSTEP Tapahtumaan 4-5.10 Tampere-taloon! www.3dstep.fi

Pekka Ketola

Bikes, velomobiles and 3D printing

 

Since Draisienne or the ”Running Machine” at 1817 bicycle has been subject for continuous technological renewal, innovation platform and response for evolving user needs. The latest advances are related to a new prototyping, product and personalisation opportunities with 3D printing. This article highlights some recent examples.

The digital wheelchair

Source: layerdesign.com

Go wheelchair was developed with the objectives to improve the quality of life, help with the disabilities and support the individual lifestyle. Go is an example of digital consumer product development and personalisation.

The design of every wheelchair starts from mapping user’s biometric information, which is then translated to 3D digital data and manufactured using 3D printing. The accompanying GO app allows users to participate in the design process by specifying optional elements, patterns and colourways, and to place orders.

The resulting wheelchair accurately fits the individual’s body shape, weight and disability to reduce injury and increase comfort, flexibility, and support.

More about Go wheelchair:

• http://www.dezeen.com/2016/05/03/go-wheelchair-layer-benjamin-hubert-3d-printing-clerkenwell-design-week/
• http://www.materialise.com/cases/go-wheelchair-creating-a-true-to-life-prototype-for-the-concept-launch

Design for three wheels

Source: http://www.hs-emden-leer.de

Velomobiles are special kind of bikes that run on three or four wheels. They are designed for optimal aerodynamics, which is typically achieved by laid back riding position and special design.

Akkuracer was developed by the students in the Hochschule of Emden-Leer. The aim was to achieve sustainable and organic design for best performance. Accuracer was produced using SLS 3D printing.

More about 3D-printed velomobile:

• http://www.materialise.com/blog/akkuschrauberrennen-2016-3d-printed-vehicles-powered-by-electric-screwdrivers-battle-it-out-on-the-racetrack/

Bikes for you only

Source: dezeen.com

The developers of bicycles have started to apply 3D printing in various ways and for different purposes. Below are some cases from different perspectives of bike design.

The MOBI develops a truly modular bicycle where parts can be removed and replaced, and manufactured using a desktop 3D printer by anybody. MOBI advances the ideas for open design by sharing the design files.

Robot Bike  aims for better performance and a more comfortable ride by a full custom fit. They use digital design and 3D printing to produce individually tailored bike frames from titanium.

ideas2cycles is a company specialising in the design and prototyping of bike frames. The aim of the company is to create new concepts that have an impact not only in the cycling scene, but also in design, engineering and marketing. 3D printing and freedom of design are essential enablers in the tool box.

Shapeways is active in providing solutions for bikers including a wealth of biking accessories.  For example the list of  3D printed accessories used during TheAlpe d’Huzes ride is impressive.

More about bikes and 3D printing:

• http://www.bikeaccidentadvice.com/3d-bicycle-offers-lightweight/
• http://3dprintingindustry.com/news/custom-3d-printed-titanium-mountain-bikes-81908/
• http://www.renishaw.com/en/blog-post-a-3d-printed-mountain-bike-that-you-can-buy-today–38917
• http://www.shapeways.com/blog/archives/23629-designing-folding-bicycles-using-3d-printed-aluminum-an-interview-with-mark-walker.html
• https://3drenesanssi.wordpress.com/2015/01/14/3d-printing-and-bikes/

 

Conclusions

All kinds of light vehicles are ideal platforms for applying digital design, 3D printing and personalisation. Parts are mostly small, testing different designs is affordable and legislation does not limit the use of new solutions on the road – as it does in car industry, for example.

Bikes, velomobiles and other light vehicles are the promised land for 3D printing.

Experience the world of 3D printing at 3DSTEP, the international 3D printing event and exhibition. October 4-5, Tampere Finland. www.3dstep.fi 

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.

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?

 

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

 

Ramping up 3D Printing Competence

Tampere business region takes the fast lane for building special competences in industrial 3D printing. How this all started and what is going on right now?

In October 2012 innovation company ideascout Ltd invited Finnish SMEs to co-create new opportunities that are based on the emerging 3D printing business. Altogether 30 companies co-created practical insights and an action plan and so a systematic development process started. Somewhere along the next steps a vision for strong local competence concentration emerged and this led to numerous multidisciplinary development, training and investment activities.
Event by event, meeting by meeting, larger population engaged in and got inspired by the opportunities. After field studies and opportunity exploration a special competence and community development activity – 3D Printing Academy – was executed in 2015 by ideascout and funded by local development organisations, such Pirkanmaan Liitto (Council of Tampere region) and Tredea (Tampere Region Economic Development Agency). This led to the creation of a 3D printing community of 600 members. The key event was the first local 3D printing conference in 2015 with over 300 participants. Big numbers for a relatively small business region!
In May 2016 the situation is extremely fascinating. Tampere business region has established high quality training activities on 3D printing with local universities and other organisations and investments are in place for getting high quality equipment. The first Finnish 3D printing cafe, 3DCrush, is running, local 3D printer manufacturing has started (Prenta) and several top level additive manufacturing research activities have been initiated. Dealers for industrial 3D printers provide machines for companies. A special opportunity is also found in the training of former Nokia and Microsoft professionals to be the next generation 3D printing practitioners. Just to give some examples.
The Vision is very much alive in front of our eyes and the industrial revolution is becoming reality. This year will show the new big steps toward industrial 3D printing in Finland. One of the steps is 3DSTEP conference that takes place in Tampere city in October 4-5, 2016.
We welcome you to experience, see and feel the winds of change. www.3dstep.fi WELCOME!

– Pekka Ketola, ideascout Ltd / 3DSTEP –

 

This article was originally published in 3DSTEP Event blog in May 2016.

Wonders of microfabrication

One aim in 3D printing is to manufacture larger artifacts and stretch the limits towards high volume production. The opposing trend is connecting several technologies and needs to create the tiniest possible objects and machines. 

1. Fiction and reality

Science fiction has often succeeded to describe future 30-50 years forward. Today we are experiencing for example cybernetics, exosceletons and robots that were predicted during 1980’s.

In movie  Fantastic Voyage (1966) a submarine was shrunken to microscopic size and injected into blood stream with a small crew. Similar idea was presented in the french animation serie Il était une fois… la vie.

 

Now, 50 years later, these ideas are reality (without the crew, though) using special applications of microfabrication. Microfabrication, or micro-prodution, is the process of fabrication of miniature structures of micrometre scales and smaller.

Unimolecular submersible nanomachines (USNs) have light-driven motors powered by ultraviolet light, and can be created with just 244 atoms. The motors can run at more than a million RPM and move almost 25 mm per second – the fastest-moving molecules ever seen. Source: Kurzweil.

Very small scale 3D printing, the size of a grain of sand, has been demonstrated in several experiments. A 285 µm long race car was 3D-printed at the Vienna University of Technology and three-dimensional photonic crystal of cubic symmetry by nanoscribe.
   

Images: Vienna University of Technology (left), nanoscribe (right)

2. Innovation opportunities

When an object is made very small, it must have excellent mechanical and other qualities. In addition three other innovation opportunities become very interesting:

1. Information,
2. Biology and biomimicry
3. Swarms.

2.1. Information

A very small machine can be extremely efficient in collecting real time information with sensors. It can go to exact locations in complex structures, such as human body, building or machine. Also it can receive information and instructions. Information is needed to enable interaction.

2.2. Biology and biomimicry

Nature is the master in building very small and efficient structures and processes. In building very small machines we can gain inspiration from biological structures but also use the actual biological mechanisms for example for sensoring, movement and energy production.

2.3. Swarms

Swarms are groups of machines or robots that collaborate. There are several examples showing the miraculous things that a collaborating swarm can do, such as building or playing together (TED example). A swarm of very small machines can be effective, intelligent, invisible and resilient.

Swarms can be controlled in different ways. Recently Purdue University researchers developed a method to use magnetic fields to independently control individual microrobots operating within groups, similar to how ants work.

Image: Swarm of small robots. Source: WSJ

3. Microfabrication & the making of tiny objects

We are talking about objects that are invisible to eyes. They are smaller then the dot at the end of this sentence. How do you make such objects and machines?

Our technology toolbox has, for example:

• Commercial nano scale 3D printers
• 3D printing processes for nanoscale (different materials, electronics, etc)
• Biological engineering, microbotics and biomimicry
• New functional materials, based on biological processes
• Mechanical engineering
• Sensors
• Information processing and communication capabilities
• Intelligent software, swarm management

Miniaturization of machines presents challenges in many areas of science and engineering, such as physics, chemistry,materials science, computer science, ultra-precision engineering, fabrication processes, and equipment design. It is also giving rise to various kinds of interdisciplinary research. Source: Wikipedia.

Controlling the basic additive manufacturing process for metals is already challenging. The manufacturing and operating processes get far more complicated when we need to handle also biological processes and information processes.

Molecular 3D printer, or  3D printer for chemicals can print billions of possible compounds. The vision for the future is that anyone who needs a specific small molecule can essentially print it out from their computer.

4. What new functionality can be created?

What are the new applications and functions we can provide with microfabricated machines?

We have created some first useful applications, such as hydrophobic surfaces. However, we are dealing with a major science fiction type of imagination challenge. The availability of new technologies, materials and capabilities initiate profound mutation of engineers’ way of thinking. We simply must learn to think and design in new ways. And get science fiction people onboard.

For example biological engineering is an emerging discipline that encompasses engineering theory and practice derived from the science of biology, just as mechanical engineering is rooted in physics. An example of this is cyber insect, where the idea is to insert micro-systems at the pupa stage, when the insects can integrate them into their body, so they can be remotely controlled later. What are the applications of a cyber insect?

Application areas for very small machines can be found in medicine, environmental protection, and the process engineering industry, all of which need small, reliable systems that work as quickly and accurately as lab-on-a-chip. For example, microfluidic channels are required to safely move small volumes, with functioning components such as filters, stirrers, etc. in them. Source: industrial-lasers.com.

5. Keep wondering

The microscopic world of microfabrication, 3D printing and 4D printing is a huge research, manufacturing and business opportunity. It calls us for super efficient multidisciplinary innovation collaboration between traditional engineering, bioengineering and information sciences. It is a magnificent imagination challenge!

6. Further sources

The following links provide ideas and examples in the world of 3D printing and microfabrication. Please send me further links to update the resource.

Small machines that fly

• http://en.wikipedia.org/wiki/Micro_air_vehicle,
• http://en.wikipedia.org/wiki/Nano_Air_Vehicle
• http://www.thisiscolossal.com/2013/04/thebionicopter-a-robotic-dragonfly-by-festo/
• http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-22380287
• http://micro.seas.harvard.edu/

Small machines that walk

• http://www.popularmechanics.com/how-to/blog/3d-printed-biobots-will-crawl-through-yourbody-targeting-toxins-14735565;
• http://www.nbcnews.com/technology/mini-bio-bot-walkswhen-its-rat-heart-cells-beat-1C7099426,
• http://www.gizmag.com/kinect-controlledcockroaches/28108/

Small machines that sense

• http://www.3dmpconference.com/3d-medicine-printing-conference/adding-biomolecular-recognition-capability-to-3d-printed-objects-4d-printing-presented-by-celine-a-mandon-3d-fab-universite-lyon-1/
• http://www.kurzweilai.net/new-nanomanufacturing-technique-for-extremely-high-resolution-imaging-biological-sensing

New materials

• http://www.medgadget.com/2013/04/oxford-creates-new-type-of-3d-printed-replacementtissue.html,
• http://www.3dprinter.net/print-me-invisible-with-metamaterial,
• http://web.mit.edu/3.042/team1_08f/project.html,
• http://www.ted.com/talks/lee_cronin_print_your_own_medicine.html

Events

• Bioprinting conference: http://www.3dbioprintingconference.com/program/

How is 3D printing going to impact the container handling business?

Originally published in Kalmar Port 2060 Nov.11. 2015

3D printing is expected to change manufacturing, consumer behaviour as well as transportation and logistics chains. Are we in a position to just follow while the world around us is at the edge of a change?

There has been steady progress since the previous 3D printing related post on this blog. There has not been a revolution, but there are plenty of interesting examples of new developments in this area.

Metal 3D printing, bigger capacities

Who are entering industrial 3D printing business? Very recently there has been interesting news:

Michelin, the tyre company, has announced development of metal 3D printers in a 25 M€ joint venture. The goal is to develop printers and production shops on a global scale and to “become a key player in metal 3D printing.”

Also, the titanium 3D printing company Norsk Titanium plans to open a 200,000-square-foot plant that they deem the “world’s first industrial-scale 3D printing facility”.

Similar news about new metal 3D printing facilities and factories are announced almost weekly on all continents. At the end of September, Materialise published the plan to open a metal 3D printing factory in Bremen, Germany.

Not only the production facilities and resources are growing, but also the 3D printers are growing in size and production capacity. The biggest 3D printed objects are houses. The largest machine at the moment can 3D print an entire house from concrete with the size of 2500 cubic meters. The biggest metal 3D printing machine, currently, can produce parts up to 4 cubic meters. (Source: http://3dprintingindustry.com/2015/08/19/top-10-largest-3d-printers/)

Price and speed limit expansion

Industrial 3D printing has two main limitations for becoming mainstream: price and speed. The prices of printers are coming steadily down. A good production system for metal printing, including devices and software, costs roughly the same as a new tractor for a farm. The speed is a tougher problem to be solved due to the complexity of the printing process management. However, companies having experience on mass volume printing business, such as HP and Seico Epson, have announced that they will solve these problems with their experience on printing technologies and IPR.

In March 2015, Carbon 3D published a breakthrough innovation with a new approach. They demonstrate 25–100 times faster 3D printing times than competitors. Carbon 3D can print complex objects within minutes instead of hours or days. In August they raised a 100M€ investment with Google Ventures to develop the solution.

Concrete examples of progress

Concrete examples of recent progress include test drive of complete 3D printed car, 3D printed chocolate bars, 3D printed sneaker prototypes that speed up Adidas design process and allow the test user to test the shoe in the early phase of the design process. VTT Technical Research Centre of Finland Ltd and Nurmi Cylinders Oy co-developed a cost-efficient, 3D printed, reliable hydraulic valve block that is 66% lighter than the original part.
Maybe the most interesting example is the recent launch of 3D printing of maritime spare parts in Rotterdam. That is already very close to the container shipping business.

Kalmar Technology and Competence Centre in Tampere, Finland is using 3D printing for fast prototyping to save time in the design phase, in the verification of functionality and compatibility of shapes, as well as for design visualisation. Image shows 3D printed hose fasteners for hydraulic cylinder.

What might the future look like?

The richest companies and countries are currently investing huge amounts of money to the development, seeking new business opportunities. The future will bring extraordinary 3D printing capabilities and applications to industry, society and individuals. It is impossible to foresee what they exactly are, but we know the laws and principles that the development follows:

1. Technology will develop and improve. The solutions will look very different from today. Just think of the evolution of Internet from Gopher to the Internet of Things and from mainframe computers to connected sports gadgets.
2. Digitalisation leads to global and connected activities, better user interfaces and fast innovation brokering. And whatever we do with 3D printing, it is about digitalisation, based on bytes, services, software, systems and 3D models.
3. Logistics will change. Objects can be produced everywhere. As long as we have standardised or identical devices, the location or availability of human talent does not matter. Imagine a 200,000-square-foot 3D printing plant which is simply replicated in several locations.
4. Disruptions are evident. Google took over a big part of Internet very fast and most of us rely on their services every day. They disrupted or changed the way how Internet is used. What will be disrupted by 3D printing and by whom?
5. Business models keep on evolving in industries, consumer markets, subcontracting, partnering, and recycling, to mention a few.
6. Innovation cycles will be faster. 3D printing is the perfect, cost efficient tool for ideation, iteration, improvement, and all other phases we need to make good products.
   Communities of 3D printing, both local and global, will flourish and speed up the adoption by shared resources and knowledge.

Shifting transport paradigms

The IBM report on shifting transport paradigms suggests various scenarios for the impact of 3D printing on the global transportation industry, that is, freight logistics, container shipping, rail, and express shipping. If the development continues as today, the impact on the transportation industry is expected to be limited. Otherwise the impact is expected to be moderate or transformative, depending on the adoption level of 3D printing by consumers, print shops and manufacturing.

The impact for overseas container shipping may be

• Shift from finished goods to raw material transportation
• Shift from current overseas routes to routes from raw material sourcing nations to industrialized markets
• Shift to transportation of semi-processed raw materials or 3D printing cartridges in between continents.

Gopher enabled online collaboration and the next phase, WWW and Internet, changed the world in a radical way. This enabled Facebook to change the media business. Others follow: Uber is changing thee taxi business, Airbnb is changing the accomodation business, and so on.

Who will be the entrant impacting container handling business by utilising 3D printing and digital business models? Do not forget to think about what kind of new value and new services we can create for business and consumers. Maybe you are the radical new player?

This article was co-authored by Jari Hämäläinen, Director Offering Development at Kalmar with Pekka Ketola, CEO at ideascout. Pekka has 20 years of experience in user centred development, new technology adoption, product innovation and co-creation. He runs 3D Printing Academy in the Tampere business region.