− Paljon puhutaan kaksoismurroksesta, vihreästä siirtymästä ja digitaalisuudesta. Korkeakoulut ja tutkimuslaitokset haluavat auttaa suomalaisia yrityksiä olemaan voittajia tässä murroksessa, painottaa Mika Ijas, TAMKin autotekniikan yliopettaja ja tutkintovastaava.
Sustainable Industry Ecosystem (SIE) -hankkeessa luodaan palveluja ja pilottilinjoja eli avoimia ympäristöjä testailuihin ja kokeiluihin. Suomen Akatemian rahoittamassa hankkeessa ovat mukana Tampereen yliopisto, TAMK, VTT, LUT-yliopisto ja Vaasan yliopisto. Myös muiden kansallisten toimijoiden pilottilinjoja sekä vihreitä ja digitaalisia työkaluja on kartoitettu.
− Keräämme pilottilinjoja ja työkaluja yhteen, jotta saamme ne täyteen toimintaan. Teemme ne näkyviksi ja helpommin saavutettaviksi ja löydettäviksi. Muotoilemme niille myös yhteisen käyttöpolitiikan, SIE-hankkeen TAMKin projektipäällikkönäkin toimiva Ijas kertoo.
Energiateollisuuteen ja valmistavaan teollisuuteen keskittyvässä hankkeessa vauhditetaan infrojen saatavuutta ja avoimuutta sekä edistetään samalla pienten ja keskisuurten yritysten digitalisaatiota. Saatavilla olevista kokeilu- ja kehittämisympäristöistä tehdään avoin luettelo, josta voi etsi omalle yritykselle soveltuvaa ympäristöä.
TAMKin FieldLab on monenlaiseen käyttöön soveltuva opetustila
Ijas kertoo, että 3D-tulostukseen liittyy erilaisia digitaalisen suunnittelun ja valmistuksen työkaluja, joita voi testata FieldLabissa. Tilassa on välineitä ja lehtoreilla osaamista myös Teollisuus 4.0:n mukaisesta datan keräämisestä ja käytöstä.
− Pk-yritykset käyvät täällä kokeilemassa ja testaamassa, ja lisäksi teemme erilaisia hankkeita. Meillä on tuoreita ja kyvykkäitä laitteita eri toimittajilta. Niistä saadaan paljon hyödyllistä dataa. Tutkimme, miten data liikkuu ja miten se saadaan virtaamaan synkronoidusti laitteilta tietokantaan Teollisuus 4.0:n hengessä.
TAMKissa on tutkittu ja edistetty suurten kappaleiden 3D-tulostusta jo useita vuosia.
Esittelimme 3D-tulostamalla tehtyä parimetristä siltaa Porin asuntomessuilla vuonna 2018, ja sen jälkeen kiinnostus on vain kasvanut, Ijas toteaa.
Kokemuksia Teollisuus 4.0 mukaisesta datan keräämisestä ja käytöstä
FieldLabin lehtoreilla on osaamista Teollisuus 4.0:n mukaisesta datan keräämisestä ja käytöstä. Opetustilassa on esillä myös opiskelijoiden valmistamia demoja. Datalla saadaan lisäarvoa, mutta sen saaminen ja hyödyntäminen on usein mutkikkaampaa kuin miltä prosessikaavioissa näyttää. Tämä on havaittu yrityksissä konkreettisesti.
− Tieto kulkee, mutta sen jalostaminen ja hyödyntäminen voi olla mutkien takana. Tiedonsiirtoväylät ovat nykyään jo älykkäitä, mutta tieto on eri muodoissa ja eri tasoilla erilaisissa järjestelmissä. Laitetoimittajan laitteet ovat usein Teollisuus 4.0:n mukaisia omana järjestelmänään, mutta kun useiden järjestelmätoimittajien laitetietoa halutaan yhdistää ja jalostaa, tulee ongelmia datan lähteissä, rajapinnoissa ja ohjauksessa, sanoo TAMKin tietotekniikan lehtori Kari Naakka.
− Koodinpätkillä ja visualisoimalla dataa voidaan yhteismitallistaa, ja aika on myös yhdistävä tekijä Lisäksi pitää määritellä, mitä datasta halutaan tietää, onko data ok, ja sisältääkö se asioita, joita halutaan mitata.
3D-tulostamalla pieniä komponentteja, pientaloja ja betonia
Konetekniikan lehtori Jere Siivonen on perehtynyt 3D-tulostukseen. Hänen mukaansa 3D-tulostus otti vuoden 2010 jälkeen ison loikan ja kasvu jatkuu vahvana erityisesti pienempien tulostettavien komponenttien osalta. Suurten kappaleiden 3D-tulostus kiinnostaa erityisesti huonekalu- ja talonrakennusteollisuutta. Maailmalla on 3D-tulostettu kokonaisia pientaloja.
− Yli puolet tulosteista menee prototyyppeihin yritysten sisäiseen käyttöön. Meitä kiinnostavat tuotannon apulaitteet eli ei-myyntiinmenevät komponentit. Muottiteknologia ja valaminen ovat vahvoja kehityssuuntiamme, ja myös betonitulostuksen parissa on tehty töitä, Siivonen taustoittaa.
FieldLabissa käytetään robotisoitua tulostusta ekstruuderiratkaisulla, jossa on teollisuusrobotti ja viiden metrin pituinen rata. Mittaluokan kasvaessa lisääntyvät myös muuttujat ja sitä myötä haasteet.
− Tulostamme isoja kappaleita muovimateriaaleja, joten rakenteen pitää olla jäykkä ja kestävä. Teollisuusrobotti itsessään riittää hyvin tarkkuutensa puolesta. Robotisoitujen suurten kappaleiden tulostuksessa tuotteen massan kasvu, materiaalin lämpötilan hallinta, sulaminen ja paine tuovat omat haasteensa. Ympäristön lämpötilakin rajoittaa jonkin verran sitä, mitä muovimateriaaleja voidaan ylipäätään tulostaa, ja tarvitaanko avoin vai suljettu järjestelmä. Myös kierrosajan hallinta on keskeinen tekijä.
Siivosen mukaan ekstruuderitulostuksesta saadaan validia dataa, ja siten voidaan rakentaa lisäarvoa. Dataa voidaan tuottaa myös muille myös videoiden ja kuvien avulla.
Olemme tulostaneet mm. muotoilijan suunnitteleman vesipelastuskelkan, mallinukkeja ja tehneet paljon erilaisia taideprojekteja ja teollisia projekteja.
Materiaaleja voi myös värjätä ja tehdä niille erilaisia pinnoituksia. Seuraavaksi kehitämme digitaalisen kaksosen. Testaamme mm. uusia kierrätettäviä materiaaleja, esimerkiksi biopohjaisia komposiitteja.
Siivonen on tyytyväinen uusiakseliseen teollisuusrobottiin.
− Kiinnostavimpana uutuutena meillä on ei-tasomainen viipalointi. Tavallisessa 3D-tulostuksessa kappale viipaloidaan yhteen suuntaan ja tehdään kerroksia päälle. Uusiakselinen teollisuusrobotti ei pakota tekemään kerroksia suoraan ylöspäin. Se antaa uuden aspektin 3D-tulostukseen, kun tuotetta voidaan kääntää lennossa.
Miten 3D-tulosteita pitäisi suunnitella?
TAMKin muita digitaalisia työkaluja ovat topologian optimointia ja prosessisimulointi. Konetekniikan lehtori Mikko Ukonahon mukaan 3D-tulostuksessa tuotteen geometrialla ei ole merkitystä.
− Aikaa ja materiaalia menee sen verran, kuin mitä sitä on tuotteessa. Tulostus vaatii usein tukirakenteita ja jälkikäsittelyä, josta syntyy hukkaa. Materiaalit ovat anisotrooppisia erityisesti muovimateriaaleissa. Kappaleet voivat kääntyillä tulostuksen aikana ja sen jälkeen.
Topologiaoptimoinnissa algoritmi rouskuttaa ja tekee ensimmäisen CAD-designin.
− Suunnittelijan pääkoppaa, laskentaa sekä rakenteiden ja muodon optimointia tarvitaan sen jälkeen. Topologian optimoinnissa on tarkoitus optimoida rakenne sellaiseksi, että materiaalia on juuri oikeissa paikoissa. Lopputuloksena saadaan monimutkaisia ja futuristisiakin muotoja, joita on hankala valmistaa perinteisillä menetelmillä. Tässä 3D-tulostus nousee arvoonsa, Ukonaho kertoo.
Hän muistuttaa, että optimoinnissa pitää huomioida monia asioita ja rajoitteitakin löytyy.
− Meiltä TAMKista löytyy myös metallitulostin pienten kappaleiden tulostukseen. Meitä kiinnostavat erityisesti suunnittelutyökalut, jotka eivät vaadi materiaaliosaamista vaan jotka mekaniikkasuunnittelijakin voisi tehdä. Odotamme tähän innokkaita osallistujia ja demoilijoita mukaan.
Lisätiedot:
Mika Ijas
Yliopettaja, älykkäät koneet
Teollisuusteknologia
mika.ijas@tuni.fi, 050 447 1189
Sustainable Industry Ecosystem (SIE) -hankkeen verkkosivut
Teksti: Hanna Ylli
Kuva: Minttu Rantanen