3D tulostus -geometrian opetuksen uusi ulottuvuus

Kirjoittaja: 

Janne Pihlajamäki, Toimitusjohtaja, miniFactory Oy Ltd, janne@minifactory.fi

3D-tulostin yhdistetään monipuoliseen oppimisympäristöön

3D-tulostus on siisti tapa valmistaa kappale nopeasti vaikka luokassa, toimistossa tai keittiön pöydällä. miniFactory onkin siis pienoistehdas ja se on täydellinen aloituspaketti 3D-tulostamiseen ja sen rajattomaan maailmaan.

Laitepuolesta vastaa muovinauhaa pursottavaan FDM-teknologiaan perustuva miniFactory 3D-tulostin. Laite on pienikokoinen ja mahtuu kätevästi työpöydälle. Laaja valikoima erilaisia termoplastisia muovimateriaaleja mahdollistaa löytämään käyttötarkoitukseen sopivan materiaalin. Käytettävissä on esimerkiksi biohajoava PLA, joka soveltuu hyvin tulostamisen harjoitteluun. Kestävä ABS, joka on tuttu materiaali mm. auton puskureista. Vetoluja ja joustava Nylon on hyvä valinta kappaleisiin, joissa tarvitaan äärimmäistä kestävyyttä. Kova ja kulutusta kestävä PETT materiaali omaa myös mielenkiintoisen valoa johtavan ominaisuuden. Erikoisuuksiakin löytyy, esimerkiksi Timberfill on 30% puukuidusta ja PLA:sta tehty puumateriaali, joka näyttää ja tuoksuu puulta. Toinen mielenkiintoinen on hiilikuidulla vahvistettu PLA, josta syntyneet kappaleet ovat todella näyttäviä ja kestäviä.

Itse 3D-tulostus on edullista ja siihen tarvittavat ohjelmistot ovat ilmaisia. Esimerkiksi älypuhelimen suojakuoren muuntaminen 3D-mallista konkreettiseksi esineeksi maksaa vain n. 0,2€. Laite käyttää vain muutaman hehkulampun verran sähköä ja tulostuksessa pursotettua muovimateriaalia kuluu vain itse kappaleeseen. Ylijäämää ei oikeastaan tule, koska kappale luodaan ainetta lisäämällä kerros kerrokselta toisin kuin esimerkiksi koneistamalla, jossa materiaalipalasta jyrsitään ylimääräinen pois, kunnes jää haluttu muoto jäljelle.

3D-tulostaminen on hieman erilaista, kuin normaali tulostimen käyttö. Täytyy hallita 3D-mallit, ohjelmistot sekä tuntea tulostusmateriaalit. Myös tulostusparametrien ymmärtämisestä ja halllinnasta on hyötyä, kun halutaan säätää esim. kappaleen lujuutta, tulostusaikaa tai pinnanlaatua. Aikaisemmin tämä kaikki tieto on ollut hajallaan, mutta tämän korjaa miniFactory Kampus. Kampus on digitaalinen oppimisympäristö, jossa voit opiskella ja kehittää itsestäsi 3D-tulostamisen huippuosaajan. Aikaisempaa kokemusta 3D-tulostamisesta ei tarvitse olla, sillä opetus lähtee liikkeelle aivan perusteista asti. Uusi teknologia tarvitsee uudenlaisen opetustavan ja ideana Kampuksessa onkin tuoda kaikki tähän teknologiaan tarvittava tieto käyttäjän saataville helposti. Opetus Kampuksella tapahtuukin pääosin lyhyiden, 1 - 3 minuutin pituisten videoiden eli nanoShottien avulla. Pitkät ja tylsistyttävät luennot voidaan unohtaa ja pystytään keskittymään tärkeimpään, eli itsensä kehittämiseen.

Suoritusperusteinen pisteytys tekee opiskelusta hieman kilpailuhenkistä ja pieni pelillisyys motivoi opiskelemaan enemmän ja ansaitsemaan palkintoja. Kampuksella järjestetään myös erilaisia 3D-tulostamiseen liittyviä kilpailuita, joissa pääsee haastamaan itseään ja testaamaan omaa osaamistaan.

Alkuvaiheessa miniFactory Kampuksella opetetaan 3D-tulostamisen perusteet, mutta laajenemissuunnitelmat ovat jo käsillä. Aiomme tuoda kaikkien saataville myös 3D-mallintamisen opetuksen sekä muita erilaisia opetuskursseja, jotka keskittyvät 3D-tulostamiseen. Tavoite on, että miniFactory Kampukselta opiskelija saa opiskeltua täydellisen 3D-tulostamisen työkalupakin.

Mitä hyötyä 3D-tulostamisesta on ja mitä sillä voi tehdä?

3D-tulostus on vielä varsin uutta ja ajatus siitä, että pystyy itse valmistamaan piirtämänsä esineen nopeasti omalla työpöydällä on vielä hieman uusi ajatus. Olemmekin huomanneet, että kun teknologian mahdollisuudet ja toiminta hahmotetaan, niin ihmisille on tullut paljon ideoita mitä sillä voisi tehdä. Hyvä esimerkki oli, että nyt voidaan korvata tuotteesta hajonnut pieni muoviosa, jota ei ole enää saatavilla. Tämä muoviosa vain 3D-tulostetaan ja tuote saadaan takaisin käyttöön, eikä sitä tarvitse heittää roskiin.

Yrityskäytössä 3D-tulostamisesta on paljonkin hyötyä. Tuotteiden kehitystä saadaan nopeutettua huomattavasti ja niistä pystytään tekemään viimeistellympiä ja virheettömämpiä. Tämä sen vuoksi, että 3D-mallit voidaan tulostaa ja testata käytännössä heti mallin valmistuttua, eli voidaan tehdä useampi testikierros. Testikierrosten aikana tuotetta voidaan aina viilata ja parannella. Pienimmät kappaleet valmistuvat kymmenissä minuuteissa ja suuremmat tunneissa, kustannusten pysyessä muutamissa euroissa. Perinteisillä työtavoilla prototyypin tekemiseen menisi aikaa useita viikkoja ja kustannukset voisivat olla useita satoja euroja tai jopa tuhansia euroja.

Suomi on tunnetusti tuhansien ideoiden maa, mutta yleensä hyvät ideat jäävät pöytälaatikkoon, kun pitäisi löytää tekijä, rahaa ja aikaa. 3D-tulostimella prototyyppien testaaminen onnistuu helposti ja näistä ideoista voi syntyä Suomeen jopa uutta liiketoimintaa. Harrastajat ovatkin omaksuneet 3D-tulostamisen jo pienissä määrin ja mm. eräs miniFactoryn asiakas on valmistanut nukkekotiin kalusteita 3D-tulostamalla ja myynyt niitä eteenpäin. Pienoistehtaalla vois siis ansaita helposti vaikka laitteen hankintahinnan takaisin.

Miten oppilaitoksissa 3D-tulostus on otettu vastaan?

Monet oppilaitokset ovatkin jo innostuneet 3D-tulostamisesta ja varsinkin edullisen hintaluokan laitteista. Tämä mahdollistaa sen, että myös oppilaat pääsevät käsiksi teknologiaan, eikä laite jää vain yhden vastuuopettajan harteille. Oppilaat ovat olleet innostuneita, kun teorian rinnalle on tuotu myös paljon käytäntöä ja konkretiaa 3D-tulostettujen kappaleiden avulla. Lisäksi oppilaat saavat 3D-tulostuksesta tulevaisuuden työelämää varten paljon hyödyllistä osaamista, kuten 3D-mallinnustaitoa, 3D-tulostuksen opit, materiaalioppia sekä geometrista ja avaruudellista hahmotuskykyä.

Hyvä esimerkki on Oulun Rajakylän koulu, jossa 3-luokkalaiset hyödynsivät miniFactory 3D-tulostinta uudenlaisessa opiskelussa. Teoriaosuudessa oppilaat opiskelivat geometriaa, mittaamista ja koordinaatistoa. Sen jälkeen oppilaat keksivät itselleen mielenkiintoiset ja persoonalliset hahmot, jotka piirrettiin ensin kaksiulotteisesti paperille. Piirtelyn jälkeen nämä hahmot 3D-mallinnettiin Tinkercad-mallinnusohjelmalla. Hahmot 3D-tulostettiin miniFactoryllä ja viimeisteltiin maalaamalla. Tulostusmateriaalina käytettiin biohajoavaa PLA-muovia ja samassa oppilaat tutustuivat erilaisiin muovilaatuihin. Lopuksi vielä hahmoille keksittiin pareittain lyhyet vuoropuhelut ja niillä tehtiin pieni esitys, joka videoitiin.

Miten oppilaat sitten suhtautuivat 3D-tulostukseen? Oppilaat olivat erittäin motivoituneita matematiikan geometria- ja mittaamisjaksosta, koska opittuja asioita tarvittiin 3D-suunnittelussa. Moni innostui tekemään omia Tinkercad-mallejaan vapaa-ajalla ja jakamaan niitä verkossa. Oppilaita kiinnosti kovasti myös tulostimen toimintaperiaate. Aina, kun töitä tulostettiin, moni silmäpari seurasi prosessia tarkkaan. Myös opettaja ja koulutusteknologian opiskelijat innostuivat tulostamaan itse suunnittelemiaan nimikylttejä, shakkinappuloita, lusikka-haarukkayhdistelmää, ynnä muita omia persoonallisia esineitä.


Suomalainen innovaatio

Vanhempien olohuoneesta Euroopan markkinoille

miniFactory Oy Ltd sai alkunsa 2012 Joulukuussa, kun ensimmäinen n. 20 laitteen beta-sarja toimitettiin asiakkaille suoraan vanhempien olohuoneesta. Jo ensimmäisten miniFactoryiden joukosta muutama lähti vientiin asti.

Idea tuotteeseen syntyi opinnäytetyöstä, jonka ajankohta oli syksy 2011. Opinnäytetyö suoritettiin Seinäjoen ammattikorkeakoulussa, tietotekniikan insinööri-linjalla. Aiheena oli kehittää 1400 osaa sisältäneestä 3D-tulostimen rakennussarjasta tuotantokelpoinen versio. Opinnäytetyössä 3D-tulostimen rakenne onnistuttiin yksinkertaistamaan ja osien lukumäärä saatiin tiputettua vain 350 osaan. Ajatus lähti muhimaan mielessä, että tästä voisi tulevaisuudessa syntyä jopa tuote markkinoille. Kehitystyö jatkui vielä koulun jälkeen ja Seinäjoen Protomosta haettiin apuja alun strategioiden suunnitteluun ja oman väylän löytämiseen. Koko hankkeen taustalla siinsi ajatus, että miksei me voitaisi tehdä tuotetta Suomessa ja miksi sen näidenkin laitteiden pitäisi tulla muista maista.

Yritys on toiminut nyt hieman yli puolitoista vuotta ja tällä hetkellä työllistää 3 henkilöä täyspäiväisesti, alun 20 laitteen toimitusmäärä on kasvanut jo lähelle 400 toimitettua laitetta. Vientiin on tällä hetkellä mennyt noin 10 % myynnistä. Tavoite on kasvattaa tätä osuutta tulevaisuudessa. Laiteversio kulkee tällä hetkellä nimellä miniFactory 3 Education Edition, jolla tähdätään erityisesti oppilaitoksiin. Muita asiakkaita ovat olleet tuotekehitystä tekevät yritykset, harrastelijat sekä kirjastot.

miniFactory 3D-tulostimen kehitystyö on tehty Suomessa. Tuotantoon tarvittavia komponentteja tilataan pääosin kotimaasta ja loppukokoonpano on Seinäjoella. miniFactory on siis kotimainen tuote.

www.minifactory.fi

Tags: 

Lisää eDimensiossa

Mihin matematiikkaa tarvitaan , 16. elokuu 2017 - 9:00
Laskukone vauvan aivoissa , 16. elokuu 2017 - 9:00
Dimensio 4/2017 , 16. elokuu 2017 - 1:00
Dimensio 3/2017 , 23. huhtikuu 2017 - 9:00
Eurajoen vesitornin Foucault’n heiluri , 22. huhtikuu 2017 - 9:00
Historiaa, fysiikkaa ja fysiikan historiaa , 2. huhtikuu 2017 - 9:00
Dimensio 2/2017 , 31. maaliskuu 2017 - 9:00
Erään matematiikan vihaajan tunnustuksia , 2. helmikuu 2017 - 9:00
Dimensio 1/2017 , 26. tammikuu 2017 - 9:00
GeoGebra-täydennyskoulutuksia verkossa , 6. joulukuu 2016 - 9:00
Dimensio 6/2016 , 6. joulukuu 2016 - 9:00
MAOLin syyskoulutuspäivät Oulussa , 26. lokakuu 2016 - 9:00
Taide taittaa matematiikkaa – Osa 2(2) , 26. lokakuu 2016 - 9:00
Lukion tärkein ainevalinta? , 26. lokakuu 2016 - 9:00
Dimensio 5/2016 , 26. lokakuu 2016 - 9:00
GeoGebra tänään , 26. lokakuu 2016 - 9:00
Dimensio 4/2016 , 24. lokakuu 2016 - 9:00
Taide taittaa matematiikkaa – Osa 1(2) , 22. lokakuu 2016 - 9:00
Dimensio 3/2016 , 21. lokakuu 2016 - 9:00
Dimensio 2/2016 , 12. lokakuu 2016 - 9:00
Lukion tärkein ainevalinta? , 24. syyskuu 2016 - 9:00
Hattulan silloilta , 8. syyskuu 2016 - 9:00
Lukion fysiikan OPS muutosten edessä , 8. syyskuu 2016 - 9:00
Taikatempuista motivaatiota opiskeluun , 25. elokuu 2016 - 9:00
Super-Ada innostaa IT-alalle , 4. helmikuu 2016 - 9:00
Dimensio 1/2016 , 30. tammikuu 2016 - 8:00