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

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

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

1. Connect company with user insights

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

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

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

dia11.png

2. Use community to develop better parts

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

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

17c550_02-1024x681

Mercedes Benz 3D printed spare parts. Source.

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

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

pic-a

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

Case: Avant hydraulic block

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

avanttecno-machine      avant3d

3. Empower the engineers with 3D printing

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

image007_b353aq

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

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

4. Think about your 3D printing strategy

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

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

Take coffee and think:

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

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

Views on spare parts business. Source: Strategy&

– Pekka Ketola, CEO 3DStep –


 

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

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

3dstep7

 

3D Printing Book Corner

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

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


Publication of the month: August 2017

”Selkeässä ja tiiviissä paketissa 3D-tulostuksen teollisen toiminnan perusteet.”

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


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

1. Landscape

2. Getting started

  • 3D printing for dummies. Kalani Kirk Hausman & Richard Horne. ESBN: B00EFB44HU. Available in online bookstores.
  • 3D Printing Failures: How to Diagnose and Repair All 3D Printing Issues. Sean Aranda and David Feeney 2017. Available in online bookstores.
  • Design for metal AM – a beginner’s guide. Marc Saunders. Blog.
  • Fabricated: The New World of 3D Printing. Hod Lipson & Melba Kurman
    ESBN: 1118350634. Available in online bookstores.
  • Make: Getting Started With 3D Printing.  Liza Wallach Kloski & Nick Kloski. ESBN: 1680450204. Available in online bookstores.
  • Printing Things: Visions and Essentials for 3D Printing. Dries Verbruggen.  ESBN: 3899555163.  Available in online bookstores.

3. Business

4. Workflow

5. Design & optimisation

6. Materials

7. Manufacturing

8. Post processing

9. Resources

 


Publication proposal:

 

 

Haluatko nopeammin hyödyntämään 3D-tulostusta?

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

3dstep7

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.

bengaluru

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.

Renault-3D-printed-engine

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.

autojuttu 3d ortoosi dragonflex

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.

20170407_073927

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

– Pekka Ketola, 3DStep, 29.4.2017 –

Kiinnostuitko? Ota yhteys:

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.

20170407_132902.jpg

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

20170407_073927 (1)

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.

 dav

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

3dstep7

Biomimicry: Products by Nature

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

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

20170114_112315 20170114_113730

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

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

topologiaesimerkki-pieni topology-tuoli biomimicry-bone

Figure: 3D printed structures with biomimicry

New requirements

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

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

So what?

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

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

e200ec4aba8e10ed3cdcfedacfb9dd0e bridge

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

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

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

 

References

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

 

(c) Pekka Ketola, January 2017

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

go-home-page-0221

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:

Design for three wheels

race16-seite_d38cb69212

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:

Bikes for you only

arc-bicycle-students-tu-delft-3d-printed-stainless-steel-netherlands_dezeen_936_13

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:

 

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.

google 3dp

Metal 3D printed part

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

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

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

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

 

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

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

What can we learn?

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

 

3dvarius and classical

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

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

We must think slow.

Pekka Ketola, June 12, 2016

3DSTEP & ideascout. www.3dstep.fi

 

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.

fa40f10a6779eda540e2a4e3e4cc9bb8 il-etait-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.

light-driven-single-molecule-submersibles

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.
id37541_2   nanoscale03

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.

na-cc344_swarm2_g_20140814180236

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

Small machines that walk

Small machines that sense

New materials

Events

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.

3d printing
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.

Mitä 3D-tulostettu Jeesus tekisi? Uskontojen ja 3D-tulostuksen risteyskohtia

Kirjoitus on julkaistu Vartija-lehdessä 1.10.2015. http://www.vartija-lehti.fi/mita-3d-tulostettu-jeesus-tekisi/

Uskonnollisten esineiden, taideteosten ja temppeleiden tekijät, kuten pyramidien suunnittelijat, kirkkojen rakentajat ja innovaattorit, kuten Leonardo da Vinci, ovat kautta historian ottaneet käyttöönsä uusimmat tekniikat ja usein olleet tiennäyttäjinä tieteille ja taiteille. Uusinta tekniikkaa edustaa tällä vuosikymmenellä 3D-tulostus.

Onko uskonnoilla ja 3D-tulostuksella yhtymäkohtia? Yllättävää kyllä, yhtymäkohtia on lukuisia. Tässä kirjoituksessa tarkastellaan muutamia esimerkkejä. Tavoitteena on tarjota lukijalle tietoa 3D-tulostuksen nykysovelluksista ja myös pohtia, mitä tulevaisuus saattaa tarjota uskontojen näkökulmasta.

Raamatun vaikutukset ovat nähtävillä kaikkialla maailmassa. Mikään yksittäinen kirja ei ole vaikuttanut ihmisten toimintaan yhtä laajasti. Useiden arvioiden mukaan, myös 3D-tulostus tulee vaikuttamaan poikkeuksellisen laajasti ihmisten tapaan toimia, jopa laajemmin kuin Internet. 3D-tulostuksen sovelluksia on jo nyt nähtävissä lähes kaikilla elämänalueilla, myös uskonnoissa ja uskontojen tutkimuksessa.

Uskonnolliset esineet

3D-tulostettu risti Kippha

Kaikkialla maailmassa ihmiset konkretisoivat vakaumustaan, uskoaan tai toivoaan pienillä mukanakulkevilla esineillä. Niillä myös tunnistaudutaan samanhenkisten kesken. Ei olekaan mikään ihme, että pienikokoiset uskonnolliset esineet, riipukset, korut, amuletit ja symbolit ovat tyypillisiä 3D-tulostuksen sovelluksia.

Taiteiljat, yhteisöt ja yksityishenkilöt luovat aktiivisesti uskonnollisia esineitä, jotka on tarkoitettu valmistettavaksi 3D-tulostuksen keinoin. Vapaasti käytettäviä 3D-malleja löytyy runsaasti ja niitä on tarjolla verkkopalveluissa, kuten www.shapeways.com ja www.thingiverse.com.

Tulevaisuudessa uskonnollisten symbolien luominen 3D-tulostamalla lisääntyy ja arkipäiväistyy.  Esineitä voidaan helposti ja edullisesti tuottaa vaikkapa rippikouluryhmälle tai kesätapahtumaan, tai tehdä uniikkeja henkilökohtaisia esineitä elämäntilanteen mukaan.

Digitaaliset 3D-mallit saavuttavat nopeasti jokaisen maailmankolkan, tarjoten tavan esimerkiksi pakolaisille luoda ja toteuttaa yhteisiä tunnuksia, kehittää yhteisöä ja kertoa tarinoitaan 3D-tulostettujen esineiden kautta.

Historialliset esineet

Arvokkaat uskonnolliset esineet ovat alttiita varkauksille. Vuosittain varastetaan satoja esineitä julkisista tiloista, museoista ja yksityisistä kokoelmista. 3D-tulostus tarjoaa tähän yhden ratkaisun. Esimerkiksi japanilaiseen Seitajin temppeliin 3D-tulostettiin 90 cm korkea Amitabha -patsaan replika ja alkuperäinen siirrettiin kassaholviin. Alkuperäinen patsas on tehty Kamakura aikakaudella (1192-1333) ja se on temppelille ja kaupungille mittaamattoman arvokas. Japanissa vastaavalla tavalla suojattuja patsaita on tulostettu tähän mennessä n. 160 kpl. Lähde.

Buddha

Alttarit ja palvonta

Useista kodeista löytyy kotialttari. Se saattaa olla luterilaisen vaatimaton ikoni kirjahyllyssä tai kenties hindulaisten kultaa ja loistoa tihkuva uhripaikka. Intialainen Cremagine -yritys 3D-tulosti hindujen Mandir -pienoistemppelin. Tulostuksen jälkeen pinta kullattiin ja siihen kiinnitettiin mm. jalokiviä. Jälkeenpäin on mahdotonta nähdä, millä tekniikalla temppeli on valmistettu.

Mandir temppeli

Arkeologia ja replikat

Arkeologiset löydöt, kuten hautaholvit tai esineet, usein suojataan yleisöltä jotta ne säilyisivät alkuperäisessä kunnossaan. Harvinaisen monet esillä olevat esineet ovatkin tosiasiassa jäljennöksiä. Mutta entä jos esine on niin suuri, että sen muuttaminen jäljennökseksi on vaikeaa? Tähän vastauksen tarjoaa eräs 3D-tulostuksen esivaiheista, 3D-mallinnus.

Kuningas Tutankhamonin hauta on yksi menneisyyden suurista aarteista. Vilkas turismi ja sen tuomat haitat, kuten tärinä ja kosteuden muutokset, todennäköisesti tuhoaisivat vähitellen alkuperäisen haudan seinämaalauksineen. Espanjalainen Factum Arte ryhtyi toimeen ja loi hautaholvista tarkan replikan. Hauta 3D-mallinnettiin käyttäen sekä laserskannereita, että tarkkuusvalokuvausta. Kuvien perusteella haudasta rakennettiin millimetrintarkka jäljennös, joka on nyt esillä lähellä alkuperäistä löytöpaikkaa Kuninkaiden laaksossa.

Rakennukset ja entisöinti

Suuri osa maailman käytössä olevista kirkoista ja temppeleistä on peräisin menneiltä vuosikymmeniltä ja vuosisadoilta. Rakennukset rapistuvat ja niitä on jatkuvasti entisöitävä. Erityisiä ongelmia ja suuria kustannuksia tuottavat mm. arkkitehtooniset yksityiskohdat ja runsaat koristelut. 3D-tulostuksella voidaan edullisesti valmistaa sekä pienoismalleja, että oikean kokoisia yksityiskohtia ja jopa kokonaisia rakennuksia (rakennusten 3D-tulostus) oikeista materiaaleista, kuten hiekasta.

Ääriesimerkki on Sagrada Familia Barcelonassa, jonka rakennus alkoi 1882 ja työ on edelleen kesken. Tavoitteena on saada työ valmiiksi 2026. Aikataulun varmistamiseksi rakentajat ovat ottaneet käyttöönsä 3D-tulostuksen. Monimutkaiset rakenteet suunnittellaan 3D-mallinnusohjelmassa ja niiden pienoismallit 3D-tulostetaan. Pienoismallien avulla voidaan suunnitella erilaisia rakennusvaihtoehtoja, rakennustapoja ja varmistaa rakennusprosessin sujuvuutta.

Sagrada Familia

Mitä 3D-tulostus voi sitten tarjota kuvanveistäjille? Esimerkiksi puolalainen Fucco Design valmistaa uskonnollisia veistoksia tulostamalla niitä puukomposiitista. Veistoksia voidaan käyttää esimerkiksi uusien kirkkojen sisustuksessa.

Sveitsiläiset arkkitehdit ottivat suuremman tavoitteen. He valmistivat 16 neliömetrin katedraalin, lukuisine yksityiskohtineen. Digital Grotesque johdattaa pyhien tilojen suunnittelijat uusiin tekniikoihin, sekä luonnollisten ja matemaattisten muotojen yhdistelyyn.

3D-tulostus seurakuntatyössä?

Miten 3D-tulostus voisi tukea ruohonjuuritason seurakuntatyötä? Luonnollisimman väylän tähän tarjonnee kerhotoiminta. Seurakuntien ATK-kerhot ovat tulleet ja menneet. Monet seurakunnat potevat nuorten kaikkoamista seurakunnan yhteydestä. Olisiko 3D-tulostuksen kerhoissa sopiva tapa tavoittaa nuoria?  Tässä voisi olla kokeilun paikka, etenkin kun toimintaan tarvittavat laitteet ovat edullisia ja helppokäyttöisiä. Esimerkkiä näyttävät mm. suomalaiset kirjastot ja työväenopistot, joihin on viime aikoina tullut 3D-tulostuksen toimintaa.

3D-tulostus, etiikka ja moraali

3D-tulostus vaikuttaa siis kelpo tekniikalta, joka kehittää yhteisöjä, auttaa historian tutkimisessa ja säilyttämisessä, sekä helpottaa taiteilijoiden ja rakentajien työtä. Mutta millaisia haasteita menetelmä tuo etiikan näkökulmasta?

3D-tulostuksen ehkä kiistainalaisin sovellus on biotulostus. Siis menetelmä, jossa 3D-tulostamalla korjataan luuvaurioita ja tuotetaan elimiä, kuten maksa tai sydän (toimiva maksa on jo 3D-tulostettu). Kuinka kristinuskon tai islamin näkökulmasta pitäisi suhtautua toimintaan, jossa ihminen luo elämää teknologian avulla tai parantaa ihmisen luontaisia ominaisuuksia? Missä menee hyväksyttävän toiminnan raja? Onko moraalisesti oikein, että rahalla voi rakentaa paremman ihmisen?

Yllämainitut kysymykset tarjoavat ajankohtaisen ja monitieteisen aiheen uskontotieteilijöille, filosofeille ja insinööreille. Milloinkahan nähdään ensimmäinen tutkimusseminaari tästä aiheesta?

Tulevaisuus ja 3D-tulostettu Jeesus

3D-tulostuksen tarina on vasta alussa. Mm. science fiction näyttää meille useita näkymiä siitä, miten tarina voisi jatkua. Merkittävimmät muutokset ovat kuitenkin todennäköisesti 3D-tulostuksen sosiaaliset vaikutukset. Esimerkiksi köyhyysrajan alapuolella eläville ihmisille tarjoutuu tapa valmistaa puuttuvia esineitä tai yhteisö voi tulostaa slummialueelle tai pakolaisleiriin kirkon.

Uskonnolla on aina materiaalinen ulottuvuus. Uskonto näkyy symboleina, esineinä ja rakennuksina. 3D-tulostus ja digitaalinen maailma luo tilanteen, jossa kuka tahansa voi suunnitella, tuottaa ja jakaa uskonnon merkkejä helposti. Esimerkiksi uusi uskonlahko leviää salamannopeasti ympäri maailman. Kyseessä on myös kulttuurinen muutos, johon on otettava kantaa. Onko se meille uhka vai mahdollisuus? Kuinka hyödynnämme edessä olevan muutoksen?

Pekka Ketola, FT, yrittäjä

Lähivalmistus, digitaalisuus ja maaseudun mahdollisuudet

Kirjoittajat: Pauli Kuosmanen, Digile Oy & Pekka Ketola, ideascout Oy

Kirjoitus on julkaistu alunperin Digilen blogissa 11.8.2015 www.activityblog.fi/2015/08/lahivalmistus-digitaalisuus-ja-maaseudun-mahdollisuudet

Myös Maaseudun Tulevaisuus kirjoitti aiheesta 4.5.2015. 3dp_maaseudun tulevaisuus

————————————-

Maaseutu, viljelykset ja laidunmaat ruokkivat maapallon kasvavan väestön. Maaseudun elinvoimaisuuden säilyttäminen on globaali strateginen tavoite. Kaupungistumisen vastavoimaksi on mielekästä pohtia, kuinka kehitetään maaseutujen elinvoimaa, lisätään viljelyn tuottavuutta ja hyödynnetään maaseutua hyvän elämän ympäristönä. Tässä kirjoituksessa aihetta pohditaan erityisesti digitalisaation ja 3D-tulostuksen näkökulmasta.

Suomessa on jo vuosikymmeniä ollut käynnissä muuttoliike, jossa väestö siirtyy työpaikkojen perässä taajamiin. Voisiko tälle globaalille trendille syntyä vastavoima, joka perustuu paremman elämänlaadun tavoitteluun ja joka mahdollistuu maaseudun tarjotessa sekä uusia ansaintamahdollisuuksia, että parempia ratkaisuja nykyiseen toimintaan?

Digitalisaatio ei erottele maaseutua kaupunkiseudusta

Digitaalisuuden yksi kiehtovimmista mahdollisuuksista on globaalin bisneksen teko mistä päin tahansa maailmaa. Digitaalinen palvelu kun laitetaan verkkoon, se on käytettävissä kautta koko verkottuneen maailman. Suomalaisen maaseudun tietoverkoissa on varmasti jatkuvaa kehittämistä, mutta käytännössä jokaisella on riittävä yhteys internetiin myös maaseudulta. Monesti maaseudulta löytyy jopa paremmat valokuiduilla rakennetut verkkoyhteydet kuin kaupungeista.

3D-tulostus sopii maaseudulle

3D-tulostuksen ammattimainen hyödyntäminen etenee laajamittaisesti ja nopeasti. Ala kiinnostaa valtavaa määrää kehittäjiä, yrityksiä, sijoittajia, keksijöitä ja aivan tavallisia mattimeikäläisiä. Uskomme, että 3D-tulostuksen hyödyntämisestä tulee normaali osa myös maanviljelijän ja arkea.

Digitaalinen valmistava teollisuus tarjoaa mahdollisuuden luoda uutta työtä maaseudulle ja haja-asutusalueille. Tästä esimerkkinä on nopeasti kehittyvä Maker-kulttuuri, joka perustuu uudenlaisen valmistavan toiminnan, saatavilla olevien teknologioiden ja käsityöläisyyden yhdistämiseen, sekä jaettujen resurssien hyödyntämiseen.

Digitaalisuuteen perustuva 3D-tulostus on parhaimmillaan ekologista tarvepohjaista lähivalmistusta, joka sellaisenaan tarjoaa perusteet aiheen pohtimiseksi:

  • Maaseudulla keskimääräiset välimatkat ovat pidempiä kuin kaupungeissa.
  • Kovassa käytössä olevat koneet vaativat huoltoa ja varaosia.
  • Monet varaosat ovat sellaisia, joita harvoin tarvitsee vaihtaa.
  • Maanviljelijät ovat käsistään käteviä ja kykeneviä tekemään korjaustoimenpiteitä koneissaan.

Digitaaliset palvelut, kuten 3D-mallinnus ja online-kaupat, ovat paikkariippumattomia. Niitä voidaan tuottaa ja hyödyntää globaalisti missä tahansa. Myös 3D-tulostus on paikkariippumatonta toimintaa, sillä laitteistot voivat sijaita missä tahansa. Eräs suurista lupauksista onkin tuoda valmistavaa teollisuutta ja työpaikkoja ulkomailta takaisin kotimaahan juuri sinne, missä toiminnalle on mielekkäimmät edellytykset, kuten kaupungeista maaseudulle. Amazon.com vie ajatuksen vielä pidemmälle kaavailemalla digitaalisuuden ja lähivalmistuksen yhdistämistä kotiovelle saapuvien tulostusautojen muodossa.

Maaseutu on täynnä keksijöitä ja keksintöjä

Tilan hoitoon liittyvät päivittäiset ongelmat vaativat kekseliäitä ja nopeita ratkaisuja. Tuhannet arkipäivän innovaattorit ovat käytännön töitä tehdessään tunnistaneet ongelmia ja keksineet niille ratkaisuvaihtoehtoja. Onnistuneissa ratkaisuissa yhdistyy tyypillisesti hyvä ja yksinkertainen idea, muotoilullinen oivallus, käsityöläisyys ja jonkin alan erityisosaaminen.

3D-tulostus ja siihen liittyvät digitaaliset mahdollisuudet erilaisine materiaaleineen ovat uusi tapa ratkaista tilanteita, jotka vaativat luovuutta, kokeilua, nopeutta. Nopeutta voidaan saavuttaa mm. hyödyntämällä toisten tekemiä oivalluksia. Millainen digitaalinen palvelu toisi ongelmanratkaisutarpeet ja ratkaisut kaikkien saataville? Entä miten mahdollistetaan digitaalisuuden avulla ryhmäinnovointi (crowdsourcing-hengessä) Uskomme, että maaseudulta löytyy valtava innovaatiopotentiaali!

Mikrotehdas on jokaisen mahdollisuus

3D-tulostusta hyödyntävät mikrotehtaat pystyvät toimimaan käytännössä missä tahansa. Toiminta on sitä kannattavampaa, mitä alhaisemmat kustannukset ovat ydintoiminnan ympärillä, kuten tilakustannuksissa ja yleisissä elinkustannuksissa. Toiminta on toisaalta sitä tuottavampaa, mitä enemmän tekijöillä on käsillä tekemisen taitoa ja yhdessätekemisen perinteitä ja motivaatiota. Suomen maaseutu on mikrotehtaiden luvattu maa juuri näistä syistä.

Kuka tahansa voi perustaa tehtaan minne tahansa. Tarvittavat investoinnit ovat maltillisia. 2000€:n pääomalla saa yksinkertaisen tehtaan käyntiin! Traktorin hinnalla saa jo täysimittaisen metalliesineitä tuottavan laitteiston.
Mitä tällaiset mikrotehtaat kykenevät tuottamaan? Seuraavassa muutamia nyrkkisääntöjä:

  • Yksilöllisiä kappaleita ja pieniä sarjoja (1-100 kpl).
  • Pieniä kappaleita (maksimikoko on tyypillisesti n. kenkälaatikon kokoinen kappale. Erikoistulostimilla voidaan tuottaa jopa kuutiometrin kokoisia kappaleita)
  • Lähes mitä tahansa muotoja ja rakenteita
  • Lukuisia eri materiaaleja, kuten muovit, komposiitit ja metallit.

3D-tulostimet ovat tuottamiinsa kappaleisiin verrattuna merkillisen yksinkertaisia laitteita. Jo koululaiset pystyvät sujuvasti operoimaan perustulostinta ja siihen liittyviä suunnittelu- ja tulostusohjelmistoja. Ammattimaiseen käyttöön suunnitellut laitteet ja järjestelmät vaativat hieman enemmän osaamista, mutta näidenkin käytön pystyy aloittamaan, jos vain innokkuutta ja yrittäjyyttä löytyy.

Materiaaleista ei ole pulaa

3D-tulostukseen liittyvä materiaalikehitys on vauhdikasta ja uusia materiaaleja esitellään viikoittain. Maaseudun näkökulmasta erityisen kiinnostavia ovat mm. biopohjaiset materiaalit, sekä kierrätysmateriaalit. Yksinkertaisimmillaan 3d-tulostettavaa materiaalia voidaan tuottaa selluloosasta ja vedestä.

Tällaisella materiaalilla on mielenkiintoisia ominaisuuksia. Se on täysin luonnonmukaista, kestävyyttä on riittävästi mm. huonekaluvalmistukseen ja materiaali on täysin biohajoavaa. Menetelmää soveltamalla on mahdollista tulostaa esimerkiksi biohajoavia sensoreita, jotka voidaan istuttaa maaperään kylvöprosessin yhteydessä, jonka jälkeen sensorit voivat tuottaa reaaliaikaista tietoa maaperän kosteudesta ja ravinteista.

Idea on tärkein

3D-tulostimet ovat yleislaitteita, jotka eivät juurikaan välitä valmistetun kappaleen monimutkaisuudesta tai käyttötarkoituksesta. Laitteen näkökulmasta on aivan sama valmistetaanko hammassiltoja, hevosenkenkiä, vaiko rakettimoottorin polttoainesuuttimia. Tyypilliset teolliset 3D-tulostuksen toimijat, kuten AM Finland, Layerwise ja Materialise, valmistavat yhtälailla tuotteita konepajojen kuin lääketieteen tarpeisiin.

10 esimerkkiä maaseudulle soveltuvasta liiketoiminnasta

Millaisia palveluita 3d-tulostuksen toimija voisi tarjota maaseudulla (ja toki myös muuallakin), hyödyntäen mm. olemassaolevaa osaamista, paikallisia tarpeita ja kädentaitoja? Seuraavassa 10 esimerkkiä.

  1. Innovatiiviset pienviljelyratkaisut. 3D-tulostuksella voidaan tuottaa laitteita ja tarvikkeita, joiden avulla kuka tahansa voi ryhtyä pienviljelijäksi pienessä mittakaavassa. Palvelun osana voidaan tarjota viljelyyn ja kasvatukseen liittyvää ammattitaitoa.
  2. Lähellä valmistetut varaosat ja korjaustoiminta. Kun laitteen osa menee rikki, tyypillisesti haja-asutusalueella uuden osan hankinta on työläämpää kuin kaupungissa. Lisäarvoa syntyy, jos varaosan pystyy tarjoamaan ja saamaan vaivattomasti, edullisesti ja nopeasti. Verkossa toimii jo useita varaosapalveluita, kuten Kazzata. Mikään ei estä, että tällaisia palveluita tarjottaisiin lähivalmistuksena.
  3. Korut ja käsityöt. Suomen maaseudulta löytyy suuri määrä käsityöläisiä ja koruvalmistajia. 3D-tulostus tarjoaa uuden tavan korujen suunnitteluun, korujen toteutukseen ja vaikkapa uniikkien korurasioiden toteutukseen. Materiaalina voi käyttää esimerkiksi puukomposiittia.
  4. Arkipäivän apuvälineet. 3D-tulostuksella voidaan nopeasti kokeilla ja toteuttaa ideoita, jotka helpottavat arkipäivän toimintaa. Olemassa olevat palvelualustat tarjoavat käteviä tapoja perustaa esimerkiksi oma nettikauppa ideoiden tuotosten myyntiin (esim. http://www.shopify.com/). Arkipäivän apuvälineitä ovat esimerkiksi erilaiset pidikkeet, jigit, kurottimet, kotelot ja ergonomiset ratkaisut. Thingiverse-palvelusta löytyy näistä lukuisia esimerkkejä.
  5. Ravi ja hevostarvikkeet. Hevosurheiluun liittyy paljon tietoa ja osaamista, jotka konkretisoituvat nopeampina suorituksina. Esimerkiksi 3D-tulostetuilla hevosenkengillä voidaan optimoida kyseiseen kilpailutilanteeseen ja maastoon sopivat varusteet.
  6. Erikoistunut ja monipuolinen alihankinta. Maaseudulla on lukuisia yrityksiä, jotka palvelevat erityisesti metalliteollisuuden alihankintaa. Metallin 3D-tulostuksen avulla erikoisosaaminen voidaan hyödyntää sekä nykyisessä toiminnassa parempana palveluna, että uuden liiketoiminnan kehittämisessä. Esimerkiksi valkeakoskelainen Hetitec tuottaa muotteja mm. valuteollisuudelle.
  7. Start-up toimijat ja uudet tuotteet. 3D-tulostus mahdollistaa nopeasti uudenlaisen liiketoiminnan käynnistämisen. Tämä avaa merkittäviä mahdollisuuksia mm. maaseudun nuorille innovaattoreille.
  8. Yksilöllistäminen. Markkinoilla on loputtomasti tuotteita, joiden motivaationa on ainutlaatuisuus: kenelläkään muulla ei ole samanlaista. 3D-tulostusta sovelletaan mm. yksilöllisiin osiin purjeveneissä, kaappien ovien vetimiin ja tuunattujen autojen yksityiskohtiin. Millaisia yksilöllistämiseen perustuvia toimintamahdollisuuksia voisi syntyä maaseudulla?
  9. Talonrakennus ja mökkiveistämöt. 3D-tulostus tarjoaa talonrakentajille aivan uudenlaisia toimintamahdollisuuksia ja palveluketjuja. Talon suunnittelu onnistuu yhdessä asiakkaan kanssa verkkoympäristössä, talon pienoismalli voidaan tuottaa nopeasti, yksilöllistäminen voi tulla osaksi palvelua, jne. Parhaimmillaan kokonainen talon runko voidaan tulostaa. Digitaalinen suunnittelu mahdollistaa paremman yhteissuunnittelun ja yhteensopivuuden varmistamisen kumppaneiden ja alihankkijoiden kanssa.
  10. Maaseudun pienputiikit. Asiakkaat eivät hae maaseudun putiikeista kasvottomia massatuotteita, vaan laatua, yksilöllisyyttä ja erityisyyttä. 3D-tulostus tarjoaa lukemattomat mahdollisuudet yksilöidä myytävät tuotteet, on kyseessä sitten maito, juusto, liha, leipä, vaatteet, langat, tai ihan mikä vaan. Jokaiseen niihin voidaan tulostaa yksilöllinen, “ostajan näköinen”, “myyjän brandia heijasteleva” kuljetus-, säilytys- tai esillepanoesine. Yksinkertaisena esimerkkinä vaikkapa kuvitteellisen Kuismasen juustolan juusto tarjoiltuna juustolautaselta, josta tulee ilmi Kuismasen juustolan jokin erityispiirre yhdistettynä iloisen asiakkaan kuvaan Kuismasen lampaiden kanssa.

Mahdollisuuksien vilja-aitta!

Digitaalisuus ja 3D-tulostus tarjoavat uudenlaisia mahdollisuuksia maaseudun kehitykseen ja elinkeinojen kehittämiseen. Esimerkit maailmalta osoittavat, että kuka tahansa voi tarttua näihin mahdollisuuksiin ja menestyä.Tarvitaan vain uskoa omiin kykyihin, ripaus luovuutta ja yrittäjähenkeä. Kuinka tämä mahdollisuus hyödynnetään Suomen maaseudulla? Kuinka siihen voidaan kannustaa? Kuinka digitaalisuudella ja 3D-tulostuksella luodaan uutta työtä ja maaseudun elinvoimaa?

3D-tulostuksen mestarit ja kisällit

3D-tulostus on useimmille vielä asia, josta on kokemusta lähinnä uutisten ja lööppien kautta. Suhteellisen harvoilla on aiheesta omakohtaista kokemusta. Samanlainen tilanne oli kaksikymmentä vuotta sitten, jolloin Internet ja WWW alkoivat tulla ihmisten tietoisuuteen.

Kuten Internetin omaksuminen aikanaan, myös 3D-tulostus on uusi taito, jonka hallitsemisesta on konkreettista hyötyä työssä ja harrastuksissa. Perusteet on helppo oppia, mutta vasta mestari soveltaa osaamistaan luovasti ja pystyy ratkomaan kimuranttejakin ongelmatilanteita ja hyödyntää menetelmää luovasti. 3D-tulostus on joustava työkalu, jota voi soveltaa lukemattomiin asioihin. Kun toiset valmistavat 3D-tulostuksella muovisia joulukoristeita yksinkertaisilla muovipursottimilla, toiset tuottavat koneiden metalliosia kehittyneemmillä lasersintrauslaitteilla. Siksi se leviää nopeasti. Peruslaitteet ovat kaikkien saatavilla kotitietokoneiden hinnalla ja niitä hankitaan oppilaitoksiin, harrastuskäyttöön, yrityksiin ja yksityishenkilöiden käyttöön. Suurin osa oppimisesta tapahtuu toistaiseksi kantapään ja kokeilujen kautta. Muutamia organisoituja koulutusratkaisuja on tarjolla. 3D-tulostuksen, mallinnuksen ja muihin siihen liittyvien taitojen osaajia syntyy vauhdikkaasti. Yhteinen tapa kertoa osaamisesta puuttuu. Tässä blogikirjoituksessa avataan 3D-tulostukseen liittyvän osaamisen kehittämistä erityisesti osaamismerkkien avulla.

Osaamismerkit Osaamismerkki (Open badge) on kansainvälisesti sovittu tapa kertoa osaamisesta ja taidoista. Se on järjestelmäriippumaton ja henkilölähtöinen konsepti, jonka on kehittänyt Mozilla.org. Osaamismerkki on palkitseva tapa tuoda esille osaamista, joka ei kuulu formaalin opetuksen piiriin, esim.:

  • järjestöjen ja oppilaitosten koulutuksissa
  • hiljaisen tiedon ja aiemmin hankitun osaamisen näkyväksi tekemisessä
  • organisaatioiden sisäisissä koulutuksissa ja henkilöstön kehittämisessä
​Lähde: lccdigilit.our.dmu.ac.uk​

​Lähde: lccdigilit.our.dmu.ac.uk​

Osaamismerkkejä voi myöntää organisaatio tai henkilö. Merkin saaja on aina henkilö, joka voi vastaanottaa tai jättää vastaanottamatta hänelle myönnetyn merkin. Saaja säilyttää osaamismerkkinsä Mozillan pilvipalvelun henkilökohtaisessa kansiossa. Lähde: http://www.discendum.com/openbadge Tekes on rahoittanut Open Badge Factory -projektia, jonka puitteissa on luotu pilvipalvelu, jonka avulla käyttäjät voivat luoda, myöntää, jakaa ja hallita Mozilla-säätiön Open Badge -konseptiin perustuvia osaamismerkkejä. Merkkejä on tällä hetkellä hyödynnetty esim. IlonaIT:n koulutukseen osallistumisen osoittamiseksi ja OsaOppi III – Osaamispisteet pelissä! OsaOppi III on OPH:n rahoittama pelillinen ammatillisen koulutuksen opetustoimen henkilöstön osaamisen kehittämisohjelma. Hankkeessa on luotu OPE.fi-taitotasojen osoittamiseksi osaamismerkit vaadittavista taidoista (http://www.oppiminenonline.com/osaoppi-iii-hanke/).

Osaamismerkit 3D-tulostuksessa 3D-tulostus on erinomainen sovellusalue osaamismerkeille, mm. koska:

  • 3D-tulostus on universaali menetelmä, joka kehittyy nopeasti.
  • 3D-tulostusta voi soveltaa lähes kaikilla mahdollisilla sovellusalueilla
  • Oppiminen perustuu usein henkilön omaan innostukseen ja intohimoon
  • Yhteiset tavat kertoa aiheen osaamisesta puuttuvat kansallisesti ja kansainvälisesti.

Pirkanmaalla toimivan 3D-tulostuksen Akatemian innovaatiopäivässä Helmikuussa 2015 pohdittiin, mitkä ovat luontevia aiheita osaamismerkeille ja mihin kysymyksiin ne voisivat vastata? Näitä voisivat olla:

  • Tulostuksen perusteet
    • Kuinka saan esineen tulostettua yksinkertaisella laitteella?
    • Mistä saan tietoa? Mitä suomenkielisiä oppaita on tarjolla? Mitkä ovat tärkeimmät tietolähteet?
    • Millaisia verkostoja ja toimijoita on Suomessa ja maailmalla?
  • Ohjelmistot ja tiedostomuodot
    • Mitä ohjelmistoja on tarjolla ja mihin tarkoitukseen?
    • Onko olemassa suomenkielisiä ohjelmistoja?
    • Millaisia tiedostomuotoja liittyy 3D-tulostukseen?
  • 3D-mallinnus ja skannaus:
    • Kuinka muotoja voi mallintaa skannaamalla?
    • Kuinka muotoja voi mallintaa ohjelmistoilla? Mitä ohjelmistoja on tarjolla?
    • Mistä saa valmiita malleja?
  • Liiketoiminnan aloitus
    • Millaisia sovellusesimerkkejä on tarjolla?
    • Mitkä ovat tärkeimmät asiakastarpeet? Ketkä ovat mahdollisia asiakkaita?
    • Kuinka kustannukset muodostuvat?
    • Kuinka tuotteistan palveluni?
  • Miljoonabisnes
    • Millaisia ansaintalogiikoita on olemassa? Kuinka luodaan liiketoimintainnovaatioita? Kuinka toiminta skaalataan isoksi?
    • Olemassaolevien verkkopalveluiden tehokas hyödyntäminen
    • Kuinka hyödynnetään tuoteräätälöinnin mahdollisuuksia?
  • Mestaritaso
    • Kuinka suojadun? IPR, mallisuojat ja muut
    • Kuinka hankin ja ylläpidän laitteita?
    • Kuinka hyödynnän eri materiaaleja?

Kansalaistaidot muuttuvat Yhteiskunnassa tarvittavat kansalaistaidot muuttuvat nopeaan tahtiin. Joskus oli oleellista pystyä kynimään kana saadakseen ruokaa. Tänään on hallittava Internetin käyttö. Mitkä ovat oleellisia kansalaistaitoja vaikkapa 10 vuoden kuluttua? On mahdollista, että globaalit kestävän kehityksen vaatimukset pakottavat vähentämään turhan tavaran valmistusta (=suuret varastot) ja tavaroiden siirtelyä rahtikuljetuksina (esim. Kiinasta Suomeen). Tällaisessa tilanteessa lähivalmistus ja on-demand -valmistus nousevat arkipäivän käytännöiksi. Tietotekniikan ympärille on kehittynyt suunnaton määrä uusia ammatteja, laitteita ja taitajia. Lähes jokaisen työikäisen oletetaan osaavan perusteet: kykenevän käyttämään tietokonetta ja tulostinta, sekä ratkomaan päivittäisiä ongelmatilanteita. Voisiko 3D-tulostus olla tulevaisuuden kansalaistaito, jonka soveltaminen muuttuu yhtä arkipäiväiseksi kuin Internetissä surffaaminen? Voiko olla niin, että tavaroita valmistetaan ainoastaan tarpeeseen ja tämän pohjalta syntyvät kestävän kulutuksen uudet tavat ja käytännöt? Mikäli näin tapahtuu, 3D-tulostuksen osaamismerkit tarjoavat mainion väylän lähteä systemaattisesti mutta luovasti rakentamaan uuden kansalaistaidon perusteita. Toisen asteen ammatilliset oppilaitokset ovat reagoineet 3d-tulostusosaamisen tarpeen kasvamiseen. 17 koulutuksenjärjestäjän yhteishankkeessa on haettu Opetushallituksen kehittämisrahaa opetuksen kehittämiseen. Pirkanmaalta hankkeeseen osallistuu Sastamalan koulutuskuntayhtymä. Opetushallitus rahoittaa EDU3D.fi (http://edu3d.fi) -hanketta, jossa mukana olevat koulutuksen järjestäjät kehittävät 3D-tulostusteknologian opetuskäyttöä osaksi opetussuunnitelmiaan ja tavoitteena on, että 3D-tulostuksen käyttöä edistetään systemaattisesti eri koulutusaloilla.

Osa Suomen innovaatiostrategiaa? Millainen on 3D-tulostuksen merkitys Suomen tulevaisuudelle? Eduskunnan tulevaisuusvaliokunnan raportti Suomen sata uutta mahdollisuutta kuvaa lukuisia 3D-tulostukseen liittyviä teemoja, joista voidaan rakentaa Suomalaisia menestystarinoita. Raportin laatijat toteavat:  “vaikutus Suomen ja maailman toimintatapoihin voi jo vuoteen 2030 mennessä olla suurempi kuin internetin ja älypuhelinten vaikutus nykymaailmaan.” Kyse on suurista asioista.

Ehdotus 1: Suomen innovaatiostrategia 3D-tulostus on teema, joka synnyttää uutta osaamista, työtä, keksintöjä ja innovaatioita. Suomi tarvitsee ipr- ja innovaatiostrategian, jossa huomioidaan mm. 3D-tulostus. Innovaatiostrategiassa on  mielekästä huomioida laaja kuva oppimisen ensiaskelista vientiteollisuuden keihäänkärkiin. 3D-tulostus on konkreettinen esimerkki, jonka avulla suomalaisten sukanvarsirahat saadaan tuottamaan työtä ja luomaan uudenlaista kansallista ja kansainvälistä liiketoimintaa.

Ehdotus 2: Osaamismerkit ketterästi käyttöön 3D-tulostuksen osaamismerkit tarjoavat ketterän tavan synnyttää yhteinen kieli uuden osaamisen systemaattiselle ja tarvelähtöiselle kehittämiselle. Ehdotamme, että osaamismerkit otetaan välittömästi käyttöön ja sovitaan niihin liittyvät tärkeimmät pelisäännöt kaikilla opetusasteilla ja erityyppisissä organisaatioissa. Osaamismerkkien yhteistä perustaa voidaan rakentaa mm. tässä kirjoituksessa ehdotettujen merkkien pohjalta.

Pekka Ketola Ideascout Oy:stä on 3D-tulostuksen sanansaattaja Tampereen seudulla,Nina Naskalin sydäntä lähellä ovat keksinnöt ja rahoitus, ja Jarno Haapaniemi on uusista teknologioista ja opetuksen kehittämisestä kiinnostunut opettaja Sastamalan koulutuskuntayhtymässä

Kirjoitus on alunperin julkaistu Tampereen seudun vetovoima -blogissa 14.4.2015. http://tampereenseudunvetovoima.fi/blogi/3d-tulostuksen-mestarit-ja-kisallit

When metal 3D printing makes sense?

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

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

Metal 3D printing makes sense and adds value when:

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

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

Pekka Ketola,  April 22nd, 2015

Human spare parts, digitality and 3D printing

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

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

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

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

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

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

1. More knowledge – more suffering?

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

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

2. Smile – you’re on camera!

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

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

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

3. Biobanks & crowdsourcing

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

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

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

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

4. Biodata is raw material for 3D printing

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

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

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

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

5. Conclusion

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

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

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

3D-tulostus luo uutta teollisuutta Pirkanmaalle

Kirjoitus on julkaistu Aamulehdessä 2.10.2014

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

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

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

Aika toimia!

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

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

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

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

Ehdotus

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

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

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

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

Pekka Ketola & Petri Pitkänen

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

Tulostettu koti ja Tulevaisuuden talonrakennus

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

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

Unelmien koti

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

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

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

Robottien työmaa

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

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

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

Outoja raksamiehiä

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

Pieni rakennusrobotti

Kuka naulaa viimeiset listat?

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

Oman käden jälki

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

Renessanssi rakennustyömailla

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

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

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

Pekka Ketola & Petri Pitkänen

3D Printing and bikes

How 3D printing contributes to building and maintaining bikes?

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

Examples

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

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

My predictions

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

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

Keksi ja tulosta!

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


3D-tulostus

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

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

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

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

3D-tulostus ja keksijät

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

Hyppy tulevaisuuteen – 10 ideaa

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

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

Jalat maahan – mitä oikeasti voin tehdä?

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

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

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

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

Entä IPR?

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

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

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

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

Mihin tämä johtaa?

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

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

Lisätietoja aiheesta:
Pekka Ketola, pekka@ideascout.fi

3D-tulostus muuttaa arvoketjut – katsaus tulevaisuuteen

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

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

I Teesit

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

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

2. Tavaroiden, osien ja esineiden tuotanto demokratisoituu

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

3. Kuka tahansa voi luoda minkä tahansa esineen

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

4. Tuotanto tapahtuu lähellä tuotteen tarvitsijaa

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

5. Kestävä kehitys toteutuu

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

6. Kilpailu muuttuu

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

II Esimerkki: Varaosatoiminnan uudet arvoketjut

Osa 1: Uusi liiketoimintamalli

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

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

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

Osa 2: Uusi tehokas logistiikka

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

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

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

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

Osa 3: Hyvä palvelu tappaa piratismin

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

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

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

(c) Pekka Ketola & Petri Pitkänen, Ideascout Oy

Ajatuksia ja havaintoja 3D-tulostuksen maailmasta

3D-tulostus muuttaa maailmaa enemmän kuin Internet.

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

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

Toivottavasti kirjoitukset herättävät Sinussa ajatuksia ja innostusta.