3D-prinditud koerad, majad ja autod – kuidas aitab printimine keskkonda päästa?

3D-printimise kasutusvõimalustest ja positiivsest mõjust leiab ohtralt näiteid. Briti luksusautode tootja Jaguar Land Rover on arendustegevuses 3D-printimist rakendanud juba 1990ndate algusaastatest saati. Kui esialgu seisnes kolmedimensioonilise printimise eelis eelkõige säästetud ajas – insenerid ei pidanud enam prototüüpide valmistamisele nii palju ressursse kulutama – siis täna nähakse 3D-printimise suurima argumendina keskkonnamõjude vähendamist.

3D-printereid hakati esmalt kasutama prototüüpide valmistamiseks. Selle asemel, et suunata prototüübi valmistamine teise tehasesse, oodata päevi või nädalaid, märgata viga ja korrata kogu logistikaahelat uuesti, saavad nüüd insenerid arvutis joonistatud komponendi kohe valmis teha ja veenduda, et see sobib. See lähenemine hoiab kokku nii transpordikulusid kui ka materjali – arendusfaasis saab kõik komponendid detailselt füüsilisel kujul üle kontrollida, selle asemel, et avastada vead hetkel, kui tootmisliinil on valminud tuhandeid ühikuid.

Tallinna Tehnikaülikooli mehaanika ja tööstustehnika instituudi ettevõtlusspetsialisti Alar Niidase sõnul leiab 3D-printimine rakendust järjest enamates valdkondades. Samuti on selle levik viimastel aastatel tehnoloogia arenedes ja odavnedes kiirelt hoogustunud.

„Printimisel on traditsiooniliste tootmismeetodite ees mitmeid eeliseid: kiirus, puuduvad detailide geomeetrilised piirangud ning on võimalik luua tooteid, mida muul moel ühe detailina valmistada ei õnnestu; saab valmistada liikuvaid sõlmi ilma koostamisoperatsioonideta; ei vajata rakiseid ega tööriistu. Protsess on suures osas automatiseeritud ning jääb vaid vajaduspõhine järeltöötlus,“ rääkis ta sellest, mis ettevõtteid 3D-printimise poole tõmbab.

Kuigi laiemalt on 3D-printerid hakanud levima viimase kümnendi jooksul, siis paljudes sektorites on neid kasutatud juba eelmise sajandi lõpust. Briti luksusautode tootja Jaguar Land Rover investeeris arvutipõhisesse disaini (CAD) juba 90ndate alguses, nähes juba toona 3D-printimises potentsiaali: insenerid ja disainerid nägid suurt väärtust selles, et oma disainid saaks muuta kähku füüsilisteks toodeteks. Lisaks prototüüpide valmistamisele näeb Jaguar Land Rover 3D-printimisel potentsiaali ka oma „Reimagine“ strateegia eesmärkide saavutamise juures, mille eesmärk on jõuda aastaks 2039 kõigis tootmisahela osades süsinikuneutraalsuseni.

„Kui traditsiooniliste tootmismeetodite puhul on detaili valmistamiseks vajalikud spetsiifilised tööriistad, rakised ja vormid, siis kihtlisandustehnoloogiatega (ingl k additive manufacturing) on võimalik kiirelt ja säästlikult liikuda ühelt tootelt teisele, täiustatud toote põlvkonnale või valmistada erinevaid tooteid korraga. Sõltuvalt kihtlisandustehnoloogiast võib materjalikulu piirduda praktiliselt ainult toote jaoks vajaliku materjaliga. Plastide puhul arendatakse printimiseks sobivaid ümbertöödeldud materjale ja see lisab minimaalse materjalikulu kõrvale argumendina ka täiendava keskkonnasäästlikkuse,“ selgitas Niidas, kuidas printimise abil materjalide ja saaste arvelt kokku on võimalik hoida.

Autotööstus ei ole kaugeltki ainus valdkond, kus 3D-printimise potentsiaali tõhususe ja jätkusuutlikkuse nimel rakendatakse. Uuendusmeelsed ettevõtted on printimise omaks võtnud ka näiteks ehitussektoris, kus on võimalik printida nii ehitusmaterjale – näiteks teatud tsemente – kui ka täismõõdus maju ning seda väiksema jalajäljega kui klassikalisi võtteid kasutades.

Niidase sõnul kasutatakse kihtlisandustehnoloogiaid prototüüpimisest ja makettide valmistamisest kuni rakiste, abivahendite ja seeriatoodete tootmiseni välja, samuti leidub sellele rakendusi meditsiinis.

„Tallinna Tehnikaülikoolis prindime plasti ja metalle nagu alumiinium, roostevaba teras, titaan ja tööriistateras. Oleme arhitektuuri ja kunsti vallas loonud skulptuure, makette, tööstusele seeriatoodetena valmistanud masinaelemente ja toodete korpuseid, tootmisrakiseid ja prototüüpe. Vanasõidukitele valmistame detaile, mida enam saada ei ole ning uutele sõidukitele teeme komponentide seeriatootmist. Meditsiinis leiavad rakendust prinditud proteesid ning patsientide luude ja liigeste mudelid, millel on võimalik operatsiooni eelselt kriitiline protseduur läbi teha. Kokkuvõtvalt saab öelda, et kihtlisandustehnoloogiatele leiab rakendust igas eluvaldkonnas,“ kirjeldas ekspert 3D-printimise erinevaid võimalusi.

Kuigi 3D-printimine pakub autotootjatele võimalust tõhusamalt prototüüpe ja detaile valmistada, siis toimivast 3D-prinditud autost oleme veel kaugel. Küll aga võib juba täna leida seeriatootmises olevatest mudelitest detaile, mis on täielikult valmistatud printerite abiga ning mis on kvaliteedi poolest identsed varasematel meetoditel valmistatud osadega. Jaguar Land Roveri sõidukites on printimise teel valmistatud näiteks erinevaid salongidetaile, kinnitusi ja isegi ukselinke – üheks esimeseks prinditud detailidega mudeliks oli Jaguar XE SV Project 8.

Lisaks on Briti tootja rakendanud 3D-printimist ka üsna omamoodi ülesannete lahendamiseks, printides vastavalt vajadusele nii koerte käppade mudeleid kui ka visiire. Nimelt kasutas Jaguar Land Rover 2019. aastal 3D-printimist, et valmistada unikaalseid käppasid, mille abil testida oma tulevaste sõidukite vastupidavust lemmikloomadele. Kuna 80% koeraomanikest võtavad oma lemmiku ka autosse kaasa, on oluline tagada, et sõidukid käppadele ja teravatele küüntele vastu peaks. Prinditud elutruu käpp aitas tootjal läbi viia 5000 tsükliga hõõrdumiskatse, mille käigus robotist koer oma “käpaga” pagasiruumi suvaliselt kraapis.

Koroonapandeemia puhkedes, kui kõikjal tekkis äkitselt suur vajadus kaitsevahendite järgi, rakendas Jaguar Land Rover oma 3D-printereid autodetailide loomise asemel hoopis kaitsvate visiiride tootmiseks, disainides ise nõuetele vastava 3D-mudeli ning jagades seda avalikult kõigiga, kes samuti oma printereid kaitsevahendite tootmiseks kasutada soovisid.