Rovaniemen koulutuskuntayhtymä (REDU) teki päätöksen investoida LFAM-teknologiaan vuonna 2022. EU-rahoituksen turvin hankimme maaliskuussa 2023 hollantilaisen CEADin valmistaman AM Flexbot -tulostusrobotin. Siitä lähtien olemme olleet Suomen LFAM-kehityksen kärjessä toteuttaen useita innovatiivisia sovelluksia. Robotin operoinnista ja suunnittelusta vastaa asiantuntijatiimi, johon kuuluvat Jakob Haerting ja Severi Salmirinne. Syksystä 2023 lähtien olemme olleet myös osa valtakunnallista 3DTY-hanketta (www.3dty.fi), jossa edistämme tutkimus-, kehitys- ja innovaatiotoimintaa yhdessä kumppaneidemme kanssa.

Työkaluja ja lopputuotteita

Robottiavusteinen LFAM jakautuu kahteen pääalueeseen: teolliseen työkalunvalmistukseen (tooling) ja lopputuotteiden valmistukseen. Työkalupuolella tyypillisiä sovelluksia ovat 3D-tulostetut betonivalumuotit sekä lämpö- ja tyhjiömuovaustyökalut. Lopputuotteet taas vaihtelevat tulostetuista seinäelementeistä ja huonekaluista aina kokonaisiin veneisiin asti. Siinä missä työkalunvalmistuksen tulokset jäävät usein salassapitosopimusten taakse, lopputuotteet saavat usein runsaasti näkyvyyttä. Kansainvälistä huomiota ovat herättäneet erityisesti hollantilaisten Aectualin ja Studio RAP:n sekä espanjalaisten Nagamin ja LaMáquinan projektit. Me REDU:lla olemme kerryttäneet arvokasta kokemusta molemmilta osa-alueilta yhteistyössä teollisuuskumppaneiden kanssa, sekä myös omissa kehitysprojekteissamme. Seuraavassa esittelen kolme mielenkiintoista sovelluskohdetta.

Innovatiivinen työkalunvalmistus ja biopohjaiset materiaalit

3D-tulostuksella voidaan valmistaa muotti lähes lopulliseen muotoonsa (near net geometry). Tämä vähentää materiaalihukkaa, säästää aikaa ja mahdollistaa nopeat suunnitteluiteraatiot. Muotti voidaan suunnitella niin, että viimeistelyvaiheessa koneistettavan materiaalin määrä on minimoitu, mikä nopeuttaa prosessia ja säästää jyrsintyökaluja. Käytettävissä on laaja kirjo polymeerejä, jotka soveltuvat eri käyttötarkoituksiin, mukaan lukien autoklaavimuovaus.

Ensimmäisessä projektissamme – tuulilasin lämpömuovausmuotissa – valitsimme materiaaliksi kotimaisen biopohjaisen KCL Formi 3D 20/19-puukuitukomposiitin (PLA). Tämä oli tiettävästi maailman ensimmäinen kerta, kun kyseistä materiaalia käytettiin lämpömuovauksessa. Lyhyt kosketusaika kuuman PC-levyn ja muotin välillä teki tästä mahdollista. Muotilla on valmistettu yli 30 testituulilasia, mikä osoitti materiaalin toimivuuden. Koko prosessi suunnittelusta valmiiseen tuotteeseen kesti vain kuukauden, sisältäen kolme eri suunnitteluversiota ja kahden eri materiaalin testauksen.

Meriteollisuuden lopputuotteet

LFAM-teollisuuden painopiste on viimeisen kahden vuoden aikana siirtynyt vahvasti meriteollisuuden sovelluksiin. Kehitystä on vauhdittanut ukrainan sodan myötä kasvanut puolustussektorin kiinnostus meridrooneja kohtaan sekä oivallus siitä, että LFAM mahdollistaa käyttökohteeseen räätälöityjen veneiden runkojen valmistamisen REDU on ollut mukana tässä kehityksessä toteuttamalla toteutettavuustutkimuksen teollisuuskumppanille, jonka tavoitteena oli validoida trimaraanin keulan tulostettavuutta säilyttäen mahdollisimman ohut seinämänvahvuus. Koko projektin mahdollisti 6-akselinen robottitulostimemme, joka antaa meille liikkumisvapauden, jota ei voida saavuttaa 3-akselisella portaalikoneella. Räätälöidyn tulostusradan optimointi ja itse tulostus veivät vain kolme päivää. Valmis osa painoi noin 110 kg, ja materiaalina käytettiin samaa ekologista ja kierrätettävää puukuitukomposiittia kuin muottiprojektissa.

Algoritminen suunnittelu ja prosessinhallinta

Lopuksi on todettava, ettei kaikki kehitystyö ole välittömästi käsin kosketeltavaa. REDU:lla olemme panostaneet robottiohjauksen kehittämiseen ja luoneet omia viipalointiratkaisuja (slicing) hyödyntämällä algoritmiavusteista suunnittelua Rhinoceros 3D CAD-ohjelmiston Grasshopper lisäosalla. Sen avulla voimme yhdistää LFAM-suunnittelun, viipaloinnin ja robottiohjauksen saumattomasti yhdeksi työnkuluksi, jossa sekä malli että G-koodi syntyvät samanaikaisesti. Menetelmä poikkeaa perinteisestä CAD/CAM tavasta, sillä voimme muokata geometriaa reaaliaikaisesti ja nähdä muutokset työradassa välittömästi.

Algoritmiavusteinen suunnittelu antaa mahdollisuuden räätälöidä tulostusstrategioita sekä rakentaa omia työkaluja esimerkiksi suurten moniosaisten rakennusprojektien datan organisointiin ja automatisointiin. Lähestymistapa soveltuu erinomaisesti myös näyttävien orgaanisten muotojen luomiseen, mikä korostaa robottiavusteisen 3D-tulostuksen vahvuuksia.

Katse tulevaisuuteen: ReTe-hanke

Varmistaaksemme osaamisen kehittymisen myös jatkossa, REDU on mukana elokuussa 2026 käynnistyvässä Resilienssiä ja kilpailukykyä teollisuuteen (ReTe) -hankkeessa. Hankkeen tavoitteena on vahvistaa suomalaisen teollisuuden resilienssiä ja kilpailukykyä.

Osallistuvat yritykset saavat käyttöönsä uusimman 3D-tulostusteknologian ja asiantuntemuksemme, joiden avulla teknologian mahdollisuuksia voidaan arvioida konkreettisten projektien kautta. Lisätietoja ReTe-hankkeesta ja siihen osallistumisesta antaa projektipäällikkö Maxim Narbrough.