Tutkimus

Uusi 3D-tulostin mahdollistaa keraamisten tuotteiden suunnittelun toiminnallisuuden mukaan

Julkaistu 29.6.2022

Tampereen yliopisto

Keraamimateriaalit ovat ominaisuuksiltaan erinomaisia teollisuuden käyttöön esimerkiksi venttiileiksi ja suodattimiksi. Kuvassa piikarbidista tulostetut testikappaleet ovat euron kolikon kokoluokkaa. Kuva: Tampereen yliopisto

Tampereen yliopisto ottaa käyttöön uuden keraamien 3D-tulostusteknologian. Tampereelle juuri saapunut laite perustuu tulostukseen sideaineen suihkutus -menetelmällä. Se mahdollistaa suunnittelun ja valmistuksen keraamirakenteiden toiminnallisuuden mukaan. Laitteen käyttöönotossa huomioidaan teollisuuden tarpeet yhteisissä työpajoissa.

Rakennekeraamien tutkimuksen ja kehittämisen edelläkävijänä Suomessa tunnettu Tampereen yliopisto aloitti keraamien 3D-tulostuksen viitisen vuotta sitten valokovetus altaassa -menetelmällä. Nyt tutkijat ovat pystyttäneet Hervannan kampuksen tiloihin 3D-tulostuslaitetta, jonka tekniikka perustuu sideaineiden suihkutukseen.

Laite on tarkoitettu pääasiassa tutkimukseen ja opetukseen. Yritysten kanssa tehdään tiivistä yhteistyötä, jotta tutkimusta voidaan kohdentaa teollisuutta kiinnostaviin materiaaleihin ja muotoihin.

– Kesän jälkeen tutustutamme yrityksiä uuden tulostusteknologian käyttöön. Tarkoitus on, että yritykset voisivat aloittaa keraamisten 3D-kappaleiden valmistamisen sideaineen suihkutus -menetelmällä mahdollisimman pian. Uudella laitteella yrityksille voidaan demonstroida teknisesti uusia materiaaleja ja rakenteita, ja se mahdollistaa ideoiden teollisen tuotannon testauksen, kertoo hanketta koordinoiva tutkimuspäällikkö Jorma Vihinen Tampereen yliopistosta.

Tavoitteena on saada mukaan parikymmentä yritystä ensisijaisesti Pirkanmaalta, mutta yritykset muista maakunnista ovat myös tervetulleita hankkeeseen.

Keraamisia osia myös sarjatuotantona

Osan tai lopputuotteen vapaa muotoilu ei onnistu perinteisillä keraamien valmistustekniikoilla, ja jälkityöstäminen on hidasta ja kallista. Keraamien 3D-tulostusmahdollisuuksia laajentavan menetelmän ansiosta yritys voi suunnitella keraamirakenteita joustavasti haluttujen ominaisuuksien eli toiminnallisuuden eikä pelkästään valmistettavuuden mukaan.

– Menetelmän ansiosta massakustomointi ja pienet yksilösarjat voidaan tulostaa yhdellä kertaa, mikä vähentää materiaalivirheitä. Yliopistolla olevan laitteen tulostusalue on pienehkö, joka rajoittaa yritysten sovelluksia. Toisaalta materiaalien vaihtaminen käy nopeasti, Vihinen toteaa.

Sideaineen suihkutus -menetelmään perustuvan keraamisen 3D-tulostuslaitteen tulostusalue on pienehkö (65 x 160 x 65 mm), mutta se sopii hyvin keraamien tulostusominaisuuksien tutkimiseen. Kuva: Tampereen yliopisto

Keraameista voidaan valmistaa suuren suorituskyvyn komponentteja myös erittäin haastaviin kohteisiin. Keraamimateriaalien etuja ovat esimerkiksi suuri kovuus, hyvä lujuus, erinomainen kulutuksen, korroosion ja korkean lämpötilan kesto, joita kaikkia vaaditaan teollisissa sovelluksissa.

Käyttökohteena voivat olla erilaiset koneenosat prosessi- ja kemianteollisuudessa (esim. venttiilit ja suodattimet) sekä energiatekniikassa (vety- ja aurinkoenergia, akut ja katalysaattorit). Materiaalista riippuen komponentti voi olla sähköinen eriste, johde tai puolijohde. Lisäksi osalla keraameja on luontaisesti hyvä bioyhteensopivuus, joten niitä käytetään implantteina (mm. hammasproteesit ja keinoluu).

Keraamien tulostus sideaineen suihkutus -menetelmällä -hanke tukee Pirkanmaan maakuntaohjelman ja älykkään erikoistumisen strategian tavoitteita. Hanke on käynnissä vuoden 2022 loppuun asti ja sitä rahoittavat Euroopan aluekehitysrahasto (EAKR) ja Pirkanmaan liitto yhdessä Tampereen yliopiston kanssa. Se myös liittyy osaltaan valtakunnalliseen SIX (Sustainable Industry X) -aloitteeseen, joka vahvistaa suomalaisen teollisuuden suorituskykyä ja kestävää kasvua.