3D-tulostuksen hyödyntäminen konseptimallien ja tuoteprototyyppien valmistuksessa

Abstract

Tutkielmassa tarkastellaan 3D-tulostamisen hyödyntämistapoja konseptimallien ja silikonisten prototyyppien valmistuksessa. Prototyyppivalmistus on yksi 3D-tulostustekniikan ensimmäisistä sovelluskohteista ja siksi sitä on vuosien varrella tutkittu. Tämä tutkielma eroaa muista tutkimuksista siten, että työn painopiste on silikonituotteissa. Silikonia ei voi tulostaa nykyisillä 3D-tulostimilla, joten ongelmaa on lähestyttävä muilla menetelmillä.

Tutkimusaineisto kerätään laadullisella haastattelututkimuksella ja empiirisellä toimintatutkimuksella. Toimintatutkimuksen ensimmäisessä lähestymistavassa tapausyrityksen silikoninen esimerkkituote tulostetaan pursotusmenetelmällä, stereolitografialla, lasersintraamalla, materiaalin ruiskutuksella ja Multi Jet Fusion -tekniikalla. Tulostettuja kappaleita verrataan ruiskupuristettuun tuotantokappaleeseen. Vertailussa havaitaan, että silikonin ominaisuudet ovat vaikeasti jäljiteltävissä käytetyillä materiaaleilla, eivätkä prototyypit näin ollen edusta vertailukappaletta kelvollisesti.

Toimintatutkimuksen toisessa lähestymistavassa tulostetaan valumuotti materiaalin ruiskutusmenetelmällä. Muotin avulla valetaan silikoninen tuoteprototyyppi; lähestymistavassa silikonia ei tarvitse jäljitellä tulostinmateriaaleilla. Lopputuloksena saatu kappale on pinnanlaadultaan ruiskupuristeen veroinen ja täyttää toiminnallisuudeltaan useimmat vaadituista kriteereistä.

Tapausyritykselle suositellaan pursotustulostimen hankkimista ja käyttöä ideointivaiheen konseptimalleille. Silikonisten tuoteprototyyppien valmistukseen suositellaan valumenetelmää.

Tutkielman tulokset ovat suurelta osin yleistettävissä sellaisiin silikoni- ja muovituotteisiin, jotka täyttävät tulostustekniikoiden asettamat vaatimukset tulostettavuudelle.