Kolmiulotteinen tulostus

Kolmiulotteinen tulostus tai 3D-tulostus on virtuaalisen mallin tuotteistamista fyysiseksi esineeksi 3D-tulostimen avulla. Tulostimessa voidaan käyttää materiaaleina esimerkiksi muovia, metallia, keraamia tai lasia. Tulostusmateriaali on yleensä omissa kaseteissaan, josta mallintamiseen tarvittava materiaali johdetaan tulostuspäähän esimerkiksi nauhana tai jauheena. Tulostuspää sulattaa tai liuottaa nesteeseen tulostusmateriaalin ja suihkuttaa tulostinalustalle liukenevan materiaalin, joka kovettuu ohuina kerroksina haluttuun kohtaan. Malli muodostuu näin useista ohuista kerroksista.
Kolmiulotteisella tulostuksella voidaan tulostaa myös taloja. Tällöin materiaalina on sementti.

Historiaa

Ensimmäiset kookkaat, kalliit ja tulostusmateriaaleiltaan rajoittuneet 3D-tulostimet tulivat käyttöön 1980-luvulla. 3D-tulostimien ilmaantumista edesauttoi merkittävästi Chuck Hull, joka patentoi vuonna 1987 stereolitografian.

Käyttökohteet

Tulostimien tuotekehitys on madaltanut kotikäytön ja ammattikäytön rajaa ja tulevaisuuden tulostimet saattavat olla huomattavasti edullisempia, koska avoimeen lähdekoodiin ja avoimeen suunnitteluun perustuvat yhteisöt ovat kehittäneet edullisia tulostimia kotikäyttäjille. Myös monet isot tulostinvalmistajat kehittävät edullisia malleja kotikäyttöön.

Tulostus kotioloissa tai kirjastoissa

Kolmiulotteisen tulostuksen kehityksen myötä tulostaminen on melko yksinkertaista kotioloissa ja teknologia on levinnyt laajalle käyttäjäjoukolle edullisten tulostimien myötä. Tulostimia on kehitetty myös avoimen lähdekoodin periaatteilla, joten yksityiskäyttöön tarkoitettuja tulostimia on mahdollista hankkia suhteellisen edullisesti verrattuna kaupallisiin tulostimiin. Kolmiulotteisia malleja voi tilata myös tulostuspalveluja tarjoavilta yrityksiltä. Suomessa on 3D-tulostimia hankittu myös kunnallisiin kirjastoihin, joissa voi omakustannushintaan tulostaa 3D-esineitä.

Ammattikäyttö

Kolmiulotteisia tulostimia on käytetty ammattikäytössä esimerkiksi pikamallien valmistamiseen CAD / CAM -jyrsinnän ohella esimerkiksi arkkitehtuuri-, tuotemuotoilu- ja konesuunnittelun luonnoksissa. Teknisen kehityksen myötä tulostimia on käytetty suoraan valmiiden tuotekappaleiden valmistamiseen.
Valmiskappaleiden tulostusta käytetään esimerkiksi koruteollisuuden, hammastekniikan ja veistostaiteen aloilla.
Vuonna 2016 yhdysvaltalaiset tutkijat Wake Forrest Institutessa onnistuivat tulostamaan ensimmäistä kertaa elävää kudosta, joka istutettiin koe-eläimeen.
Esimerkiksi The Economist -lehden artikkelissa Print me a Stradivarius on hahmoteltu kolmiulotteisen tulostimen mahdollisuuksia synnyttää uusi teollinen vallankumous
. Aiemmin kappaleiden ja tuotteiden valmistus on vaatinut usein suuria tehtaita ja uuden tekniikan avulla saattaa koko käsitys ja tuotantotapa muuttua valtavasti, jolloin kotikäyttäjä voi suunnitella ja tulostaa itselleen suoraan tuotteita kotioloissa.

Koulutuksessa

Suomessa 3D-tulostusta käytetään eri koulutusasteilla, mm. varhaiskasvatuksessa, esi- ja perusopetuksessa, lukio-opetuksessa, toisen asteen ammatillisessa koulutuksessa sekä korkea-asteen koulutuksessa.

Vaatetus

3D-tulostuksella on mahdollista tulostaa vaatekappaleita, kuten esimerkiksi kenkiä, mekkoja ja silmälasien kehyksiä. 3D-tulostuksen etuna on muutostentekomahdollisuus etenkin kenkien kohdalla.

Ajoneuvot

Ruotsalainen superautovalmistaja Koenigsegg julkaisi ”the One:1” -superauton, jossa käytetään 3D-tulostettuja sivupeilejä, imusarjaa, titaanisia pakoputkikomponentteja ja turboahdin-kokoonpanoja. Toukokuussa 2015 Airbus ilmoitti uuden Airbus A350 XWB -lentokoneen sisältävän yli tuhat komponenttia, jotka on valmistettu 3D-tulostuksella. 3D-tulostuksella voidaan valmistaa varaosia ajoneuvoihin, joiden varaosavalmistus on lopetettu tai muutoin hankalaa.

Rakentaminen ja arkkitehtuuri

3D-tulostuksen myötä arkkitehtien ei tarvitse enää tehdä projektien pienoismalleja käsin. On mahdollista tehdä mittakaavassa olevia malleja asiakkaille lyhyessä ajassa. Suunnittelun alla on tulostimia, joilla voi tehdä isoja kokonaisuuksia, esimerkiksi talon tulostaminen betonia pursottavan suuttimen avulla.

Lääketiede

3D-tulostuksen avulla voidaan valmistaa potilaskohtaisia proteeseja, laitteita ja kudosta lääketieteelliseen käyttöön. Etenkin hammasproteesien ja kuulolaitteiden odotetaan olevan tulevaisuuden suurin kehityksen kohde. Kehityksen alla on metodi, jolla voidaan tehdä tarkkoja kopioita elimistä kuten luista, korvista, verisuonista ja nivelistä.

Avaruus

NASA Marshall Space Flight Center (MSFC) ja Made In Space Incorporated suunnittelivat ensimmäisen 3D-tulostimen ”Zero-G Printer”, joka toimii painovoimattomassa tilassa. Syyskuussa 2014 SpaceX-projekti toimitti tulostimen kansainväliselle avaruusasemalle. Joulukuussa 2014 tehtiin ensimmäinen tulostus, jossa CAD-piirustuksesta valmistettiin hylsyavain.

Tulostinvalmistajat

Tulostintekniikka jaetaan usein kahteen ryhmään valmistusmenetelmän mukaan: niin sanoittuihin Selective Laser Sintering ja Laminated object manufacturing. Kotikäyttöiset tulostimet toimivat yleensä laminointi-periaatteella ja tulostimen voi rakentaa melko helposti kotioloissa.