Yhä useammat valmistusyritykset, tuotekehittäjät ja suunnittelijat ovat ymmärtäneet 3D-tulostuksen mullistavat vaikutukset. Jopa vuonna 2020, kun toimitusketjujen katkeaminen lamaannutti tuotantoteollisuuden, 3D-tulostus kasvoi 7,5 % (Wohlers Report 2020). Jos vuosi 2020 jätetään laskuista, ala on kasvanut viimeisten 10 vuoden aikana keskimäärin 27 % vuodessa. 3D-tulostuksesta onkin todella tullut keskeinen osa valmistavaa teollisuutta.
Sen keskeiset lupaukset liittyvät innovointiin. Maailmassa on lukemattomia esimerkkejä siitä, miten 3D-tulostus on tukenut aidosti innovatiivisia ratkaisuja eri aloilla ilmailusta lääketieteen teknologiaan. Nämä läpimurrot eivät olisi onnistuneet ilman uutta teknologiaa ja valtavaa määrää teollisuuden vaatimukset täyttäviä materiaaleja, joita voi nykyisin käyttää 3D-tulostukseen.
Tässä artikkelissa kerrotaan, miten 3D-tulostusta voi käyttää tuotteen elinkaaren eri vaiheissa ideonnista tuotantoon ja miten 3D-tulostus vaikuttaa sitä käyttävien yritysten tulokseen.
3D-tulostus nopeuttaa tuotekehitystä
Uusien tuotteiden kehittäminen ja tuominen markkinoille on yrityksille hyvin tärkeää mutta myös hidasta, kallista ja joskus jopa turhauttavaa. T&K-kulujen ja tuotekehityksen vaatiman ajan vuoksi yritykset pystyvät usein tuomaan markkinoille vain 1–2 tuotetta vuodessa. Tämä hidastaa tuotevalikoimien laajentamista ja vaikeuttaa myös kilpailukyvyn säilyttämistä.
Onneksi tuotekehitys muuttuu nopeasti 3D-tulostuksen kasvun myötä. 3D-tulostus tarjoaa kaikenkokoisille yrityksille mahdollisuuden suunnitella tuotteita, luoda prototyyppejä ja kehittää niitä edelleen paljon nopeammin kuin ennen. Lisäksi kustannus- ja aikasäästöt voivat tuottaa kerrannaishyötyjä varsinaiseen tuotantoon.
Tanskalaisen FarmDroid-startupin tapaus on hyvä esimerkki näistä mahdollisuuksista. Yhtiö kehittää ohjelmoitavia robotteja, jotka auttavat maanviljelytöissä. Se on nopeuttanut tuotekehitystään käyttämällä useita Markforgedin 3D-pöytätulostimia. Lanseerausvaiheen lähestyessä yhtiö käytti tulostimiaan osien tulostamiseen loppukäyttäjille.
3D-tulostuksen ansiosta yritys voi kehittää seuraavan tuotteensa ja tuoda sen markkinoille aiempaa edullisemmin ja nopeammin. Yhä useammat yritykset ovat huomanneet 3D-tulostamisen hyödyt. PLM Group teki vuonna 2020 kyselytutkimuksen, joka koski 3D-tulostusta Pohjoismaissa ja Baltian maissa. Vastaajista 94 % ilmoitti käyttävänsä 3D-tulostusta prototyyppien luomiseen. Tämä luku on suurempi kuin koskaan PLM Groupin ryhdyttyä mittaamaan 3D-tulostuksen käyttöä vuonna 2018.
3D-tulostuksen suurin anti tuotekehitykselle on luultavasti se, että se alentaa prototyyppien luomisen kustannuksia. Monissa tapauksissa satojen dollarien hintaisia prototyyppejä voidaan tehdä murto-osalla näistä kustannuksista, ja näin myös pienemmillä budjeteilla toimivilla yrityksillä on varaa jatkuvaan tuotekehitykseen.
3D-tulostus lisää toimivuutta
Monet päivittäin käyttämistämme tuotteista ovat vaatineet kokoonpanoa. Esimerkiksi auton moottorissa on valtava määrä erilaisia metalli- ja muoviosia. 3D-tulostuksen avulla osat, jotka piti aikaisemmin liimata, niitata tai hitsata yhteen, voidaan nyt tulostaa yhdeksi kokonaisuudeksi.
3D-tulostamalla komponentteja, jotka korvaavat monista paloista koottuja osia, voidaan päästä eroon kokoonpanoon kuluvasta ajasta ja kuluista. Kokoonpano vie usein runsaasti aikaa ja vaatii paljon manuaalista työtä. Osien hitsaamiseen tarvitaan usein hitsauskiinnittimiä, joiden valmistaminen on kallista – paitsi jos ne tietenkin 3D-tulostetaan.
Kun monta osaa korvataan yhdellä komponentilla, osien määrä vähenee, ja samalla myös itse tuotteesta voi tulla parempi. Hyvä esimerkki tästä on GE Aviationin polttoainesuutin, jota käytetään GE:n uudessa LEAP-suihkumoottorissa. Aikaisemmin suuttimessa oli yli 20 yhteenhitsattua osaa. Nykyisin GE 3D-tulostaa suuttimen yhtenä osana. 3D-tulostus on säästänyt valtavasti työtä ja aikaa, mutta sen lisäksi suutin on nyt myös 25 % kevyempi ja noin viisi kertaa kestävämpi.
Vanhan suuttimen uudistaminen auttoi GE Aviationia optimoimaan sekä kokoonpanon että suuttimen toimivuuden. Uusi suutin on parantanut suihkumoottorin polttoainetehokkuutta noin 15 % aiempiin moottorityyppeihin nähden. Uusien suutinten valmistus aloitettiin vuonna 2015. Vuonna 2018 GE Aviation kertoi 3D-tulostaneensa yli 30 000 suutinta.
Toimivuuden parantaminen voi merkitä myös tuotteen keventämistä. Ruotsalainen tuotesuunnittelutoimisto Yovinn 3D-tulostaa osia, jotka korvaavat asiakkaiden perinteisesti valmistetut alumiiniosat. Useissa tapauksissa osia on onnistuttu keventämään jopa 30 %. Tästä on erityistä hyötyä auto- ja ilmailuteollisuudessa.
3D-tulostus mullistaa liiketoimintamalleja
Massatuotanto 3D-tulostuksella saattaa vaikuttaa lähtökohtaisesti ristiriitaiselta. 3D-tulostuksen ydinideana on ollut sen käyttö monimutkaisten osien ja pienten sarjojen tuotantoon. Miten sitä voidaan siis käyttää massatuotantoon?
Massatuotannosta on kuitenkin useita esimerkkejä. Osa niistä liittyy tilanteisiin, joissa jokaisella osalla on oma muotonsa, mutta suurelle volyymille on silti tarvetta. Tällaisia ovat esimerkiksi kuulolaitteet. Nykyään yli 90 % maailmassa myydyistä kuulolaitteista on 3D-tulostettuja. 3D-tulostuksessa on järkeä, koska kuulolaitteen kotelo räätälöidään aina käyttäjäkohtaisesti. Toisena esimerkkinä voidaan mainita lonkkien tekonivelten titaaniset kuppiosat, joiden massatuotannossa käytetään metallien 3D-tulostusta. Vaikka kuppiosaa ei räätälöidäkään potilaskohtaisesti, 3D-tulostus on ainoa tapa valmistaa mikrohuokoista rakennetta, joka mahdollistaa luun optimaalisen kasvun kuppiosan asentamisen jälkeen. Tämä parantaa leikkausten onnistumisastetta merkittävästi.
Kuten esimerkit osoittavat, 3D-tulostuksen skaalaamisessa on järkeä, kun räätälöityjä osia on valmistettava paljon. Ne voivat olla kuulokojeita tai vaikkapa yksilöllisiä pohjallisia urheilukenkiin. Tulostuksesta on hyötyä myös silloin, kun osalta vaaditaan ominaisuuksia, joita ei saada aikaan muilla valmistustavoilla, kuten CNC-koneistuksella tai ruiskuvalulla.
Myös varaosien 3D-tulostus on lupaava ala. Varaosia valmistetaan jo nyt tilauksesta. Valmistus tapahtuu usein paikallisesti joko yrityksen omissa tiloissa tai läheisessä palvelupisteessä. Varaosien 3D-tulostus on yhä lapsenkengissä, mutta autojen, työkalujen ja lentokoneiden varaosia tulostetaan jo nyt.
Varaosien valmistus, varastointi ja kuljetus aiheuttavat valtavia kuluja niitä tarvitseville yhtiölle. Joissakin tapauksissa varaosia tarvitaan vain vähän, mutta yritykset joutuvat silti pitämään niitä varastossa. Varastoinnista aiheutuu kuluja, ja osien kuljettaminen toiselta puolelta maailmaa on kallista ja lisää kasvihuonepäästöjä.
Digitaalinen varastointi – eli varaosien säilyttäminen digitaalisessa muodossa – voi pienentää varastointikuluja. Kun yritykset voivat 3D-tulostaa varaosia omissa tiloissaan tai tilata niitä läheltä ulkopuoliselta toimittajalta, ne säästävät logistiikassa. Lisäksi hiilidioksidipäästöt pienenevät.
Loppukuluttaja hyötyy puolestaan laajemmasta varaosavalikoimasta. Monet yritykset poistavat valikoimistaan varaosia, joita tilataan harvoin. Tällöin kuluttaja joutuu kääntymään toisen tahon puoleen ja tyytymään joskus heikkolaatuisiin komponentteihin. Kun kaikkia varaosia säilytetään digitaalisesti ja niitä voidaan 3D-tulostaa tarpeen mukaan, kuluttajilla on käytettävissään koko valikoima yksittäisen osan menekistä riippumatta.
Ruotsalainen logistiikkayhtiö PostNord toimii edelläkävijänä varaosien 3D-tulostuksen alalla. Se tarjoaa asiakkailleen pilviportaaliratkaisun digitaalisten varaosien säilyttämiseen ja tilaamiseen 3D-tulosteina aina tarpeen mukaan. Tällä on valtavat vaikutukset toimitusketjuihin.
Me PLM Groupissa tiedämme, että 3D-tulostus kehittyy valtavaa vauhtia. Meillä on myös kumppaneita, tietoa ja organisaatio, joiden turvin voimme auttaa yritystäsi löytämään parhaan 3D-tulostusratkaisun.
