Katsaus lääketieteelliseen 3D-tulostamiseen

3D-tulostaminen on mahdollistanut mitä erilaisimpien tuotteiden tehokkaan ja tarkan valmistamisen aina autoista ja taloista vaatteisiin ja ruokaan. Eräs sen jännittävimmistä sovellusalueista on kuitenkin uusiutuvan lääketieteen ala. Siinä sovellettavalla 3D-tulostamisen teknologialla on potentiaali 1) tulostaa korvaavia osia potilaan vahingoittuneille kudoksille sekä 2) valmistaa malleja ihmiskehoon pohjautuvista kudoksista. Lääketieteelliseen 3D-tulostamiseen on kehitelty lukuisia erilaisia tekniikoita, joista suosituimpia elävien kudosten valmistamista varten ovat mustesuihkubiotulostus, painepohjainen biotulostus sekä laserpohjainen biotulostus. Tämän katsauksen tarkoituksena on esitellä alan keskeisiä käsitteitä, perehtyä tarkemmin käytettyihin tekniikoihin sekä käsitellä lääketieteellisessä 3D-tulostamisessa käytettyjä materiaaleja.3D printing has made it possible to effectively and precisely produce the most diverse kinds of productions from cars and houses to clothes and food. One of its most exciting applications is in the field regenerative medicine where 3D printing has potential to produce 1) replicates to patient’s damaged tissues, and 2) models of tissues based on human body. 3D printing in medicine includes several techniques. The most popular techniques for producing living tissues are drop-by-drop printing, extrusion printing and laser assisted based (LAB) printing. The purpose of this survey is to present the key terminology of the field, and to consider the techniques and materials used

Monoliittisten hammasproteesien 3D-tulostus

Tässä työssä tutkitaan hammasteollisuuteen kehitettyjen keraamimateriaalien ominaisuuksia ja tuotantomenetelmiä. Työn tavoite on syventyä 3D-tulostamisen ominaispiirteisiin sekä tar kastella kuinka nämä suhteutuvat nykyisin käytössä olevien jyrsintämenetelmien vahvuuksiin ja heikkouksiin. Työ jakaantuu kahteen osaan. Suurin osa työstä on kirjallisuustutkimusta, jossa käydään läpi hammaskeraamien tuotantomenetelmiä, materiaaleja sekä analysoidaan niiden reaalimaailman kestävyyttä. Työn toisessa osassa tavoitteena oli tulostaa keraamilietteestä hammasmalli. Tulostimena käytettiin monomeerilietteille kehitettyä tulostinta, jolla myös keraamilietteiden tulostaminen on teoriassa mahdollista. Kirjallisuustutkimuksesta paljastui, että eri valmistajien zirkoniamateriaalien hydrotermisessä kestävyydessä oli suuria eroja. Täten pelkän staattisen lujuuden perusteella ei voida taata hyvää pitkäaikaiskestävyyttä. Kaksiosaisten laminaattikeraamien kestävyys viiden vuoden seurantajaksolla on ollut noin 97 %. Monoliittisen zirkonian ja litiumsilikaatin kestävyys on puolestaan ollut n. 98 % (3,4 vuoden keskimääräinen seurantajakso). Käytännön kestävyyksissä ei havaita tilastollisesti merkittäviä eroja, vaikka purentatesteissä monoliittiset vaihtoehdot kestävät murtumatta 4–10 kertaisia voimia laminoituihin nähden. Työssä käsitellään myös sirontamalleja, sekä niiden tarkkuutta ennustaa valon vaimenemista ja leviämistä keraamilietteissä. Havaitaan, että Mie-teoria antaa hyviä tuloksia partikkelikoon ollessa lähellä käytettävän valon aallonpituutta. Mallin tarkkuus heikkenee huomattavasti, kun partikkelien halkaisija on alle kolmasosa aallonpituudesta. Teoreettisten mallien perusteella pystytään tekemään kvalitatiivisia ennustuksia mm. polymerisaatioleveydestä, mutta kvantitatiiviseen analyysiin käytetään semi-empiirisiä kaavoja. 3D-tulostuksessa yleisimpiä virhemekanismeja ovat tulostekerrosten irtoaminen ja kappaleen halkeaminen sintrausprosessissa. Lujan ja rakenteellisesti eheän kappaleen tuottaminen on tasapainoilua keraamipitoisuuden, kerrosten välisen adheesion ja viskositeetin välillä. 3D-tulostamalla on saavutettu n. 600–800 MPa taivutuslujuuksia, mikä on noin 50 % perinteisillä menetelmillä tuotettujen zirkonioiden lujuuslukemista. Tulostettujen kappaleiden lujuus ei tosin välttämättä ole sama jokaisen suunnan suhteen, vaan lujuus saattaa olla kertaluokkaa heikompi, mikäli vääntävä voima kohdistuu tulostekerrosten suuntaisesti. Tutkimuksen kokeelliset tulosteet eivät onnistuneet tavoitteiden mukaisesti. Pääasiallisiksi rajoittaviksi tekijöiksi osoittautuivat adheesio tulostusalustaan ja keraamipartikkelien (alumiini-oksidi) aiheuttama voimakas sironta. Joko valoteho oli liian matala hyvän adheesion muodostamiseksi tai se polymerisoi lietettä myös suurelta alueelta kappalerajojen ulkopuolella. Kaiken kaikkiaan keraamiliete tarvitsi noin kymmenkertaisen valotusajan verrattuna puhtaaseen monomeerilietteeseen

Hybridinanokomposiittien 3D-tulostus häiveratkaisuihin

Projektin kokonaistavoitteena oli luoda uutta osaamispohjaa uusien teknologioiden hyödyntämiseksi ja yhdistämiseksi entistä suorituskykyisempien häiveteknisten ratkaisujen toteuttamiseksi. Tutkimuksen lähtökohtana oli kysymys, miten eri teknologioita voidaan yhdistää suorituskyvyn maksimoimiseksi. Uusista valmistustekniikoista 3D-tulostus mahdollistaa häiverakenteen suunnittelun ja valmistuksen vapaammin, ilman perinteisten tekniikoiden rajoitteita. Projekti koostui tulostukseen soveltuvan materiaalin kehitystyöstä, kehitettyjen koostumusten tulostuskokeista joko filamentti- tai granulitulostusta hyödyntäen sekä häiverakenteiden suunnittelusta ja suunniteltujen rakenteiden suorituskyvyn simuloinneista. Simulointien ja tulostuskokeiden antamien reunaehtojen perusteella projektin loppuvaiheessa tulostettiin kennomainen rakenne, jonka vaimennusominaisuudet voitiin mitata. Saatujen tulosten perusteella häiverakenteiden valmistuksessa 3D- tulostus on potentiaalinen teknologia, joka kuitenkin vaatii laajempaa tutkimusta etenkin käytettävissä olevien laitteistojen osalta koskien sekä tulostusmateriaalin valmistusta että tulostamista.Tämä julkaisu on toteutettu osana Maanpuolustuksen tieteellisen neuvottelukunnan (MATINEn) tutkimusrahoituksen toimeenpanoa. (www.defmin.fi/matine) Julkaisun sisällöstä vastaavat tiedon tuottajat, eikä tekstisisältö välttämättä edusta puolustusministeriön näkemystä

Aloite kolmiulotteisen tulostimen hankkimiseksi

Tässä opinnäytetyössä tehtävänä oli tutustua 3D-tulostukseen, sen valmistusprosessiin ja yleisimpiin teollisuuden käyttämiin tekniikoihin sekä etsiä Turun ammattikorkeakoululle oma pöytämallin 3D-tulostin. Tehtävänä oli myös valmistella tästä tutkimuksesta hankintaehdotus valikoiduista tulostimista Liiketalous, ICT ja Bioalojen tulosalueelle. Työ alkoi tutkimalla mitä ovat käsitteet 3D-tulostus ja sen teollisuuden vastine pikavalmistus. Tutkittiin myös miten pikavalmistus eroaa muista valmistustavoista ja minkälainen tämä prosessi on. Seuraavaksi perehdyttiin yleisimpiin pikavalmistusprosesseihin, niiden käyttämiin laitteisiin ja materiaaleihin ja tehdään lyhyt katsaus 3D-tulostamisesta elektroniikkateollisuudessa. 3D-tulostimen hankinta aloitettiin haastattelemalla elektroniikkalaboratorion opettajia siitä, minkälaiseen käyttöön koulun henkilökunta laitetta tarvitsee. Vaatimuksina oli, että laitteen tulee olla itse koottava, pöytämallia oleva termoplastisen muovin pursotukseen perustuva FDM-tulostin. Tulostimen etsintä alkoi tavalliseen tapaan laajalla verkkohaulla. Annetuilla parametreilla ja ehdotettuun määrärahaan sopivista tulostimista koottiin lista ja laitteet pisteytettiin kunkin ominaisuuden mukaan. Tuloksena listan viisi parasta koottavaa ja viisi koottua tulostinmallia valittiin hankintaehdotukseen tarkempaan selvitykseen. Tutkimuksen tulokset osoittivat, että paras valinta on valmiiksi koottu malli vaativaan käyttöön tarkoitetulle 3D-tulostimelle. Näistä tärkeimmät ominaisuudet olivat laitteen tarkkuus ja nopeus.The goal this thesis was to explore 3D printing, its manufacturing processes, and the most common techniques used in industry, as well as search for a table model 3D printer on behalf of Turku University of Applied Sciences. The task was to prepare a purchase requisition for 3D printers for the needs of the Business, ICT and Life Sciences Faculty. This thesis first investigates the concepts of 3D printing and rapid manufacturing industry techniques. It also examines how rapid manufacturing is different from other manufacturing methods and what this process actually is. The thesis next focuses on the most common rapid manufacturing processes and their use by equipment and materials, as well as a brief overview of 3D printing in the electronics industry. The 3D printer acquisition search was initiated by interviewing the Electronics laboratory teachers about the uses of the device. The requirements were that the device must be a self-assembled kit table model of the thermoplastic polymer extrusion-based FDM printer. The 3D printer exploration began in the usual way of network research. Based on the given parameters and the proposed appropriation compatible printers were listed and equipment was scored for each property. As a result, a list of the five best non-assembled and five assembled printer models were chosen for the purchase requisition on a more detailed reporting. The results showed that the best choice is a pre-assembled model for heavy-duty use 3D printers. The most important features were higher accuracy and a higher rate of manufacturing on these models

3D-printing – the new world map of logistics

Materiaalia lisäävä valmistus tulee olemaan teknologinen murros monella toimialalla. Viime aikoina 3D-tulostimien kehittymisen ja hintojen laskun myötä yleinen keskustelu on keskittynyt siihen, miten tulostimia voidaan hyödyntää kotitalouksissa. Vähemmälle huomiolle on jäänyt murroksen vaikutukset kuljetuksiin ja toimitusketjuihin. Tässä tutkimuksessa keskityttiin kartoittamaan materiaalia lisäävän valmistuksen vaikutuksia maailmanlaajuisesti logistiikkaan. Työssä käytettiin yleiskielen termiä 3D-tulostus käsittämään kaiken tyyppinen materiaalia lisäävää valmistus. Tutkimuksessa luotiin logistiikka- ja konsulttiyritysten strategioiden kautta 3D-tulostuksen muutospolkuja, joiden avulla hahmotettiin muutoksen voimakkuutta. Muutospolut suunniteltiin ortogonaalisina. Näin polun voimakkuus ja vaikutukset voitiin säätää toisista poluista riippumattomana. Kolmea skenaariota 3D-tulostuksen yleistymisestä käytettiin lähtötietoina muutospoluille, joiden muutosvoimakkuudella tuotiin esiin vaikutukset toimitusketjuihin ja niiden hallintaan. Tutkimus osoitti, että 3D-tulostuksen aiheuttama teknologinen murros tulee vaikuttamaan voimakkaasti logistiikan toimitusketjuihin. Ne tulevat lyhenemään sekä maantieteellisesti että kuvaannollisesti. Maailmanlaajuiset toimitusketjut muuttuvat paikalliseksi toimitusverkostoiksi ja prosessivaiheet tulevat vähenemään. Varastoinnin tarve vähenee sekä valmistuksen välivarastoinnin että lopputuotteiden, mutta erityisesti varaosien osalta. Toimitusverkoston hallinnassa tulee informaation kuten dynaamisen tietovirran käsittely nousemaan entistäkin tärkeämpään asemaan ja edellyttää tehokasta ohjelmistojen käyttöä. Kuluttaja tulee olemaan toimitusverkostojen keskiössä ja kuluttajan rooli valinnan mahdollisuuksineen tulee korostumaan 3D-tulostuksessa

Materiaalia lisäävän valmistuksen (3D-tulostus) kaasu- ja hiukkaspäästöt eri työvaiheissa

Materiaalia lisäävän valmistuksen (3D-tulostus) kaasu- ja hiukkaspäästöt eri työvaiheissa –tutkimushankkeessa selvitettiin 3D-tulostusalaan liittyvää työturvallisuutta kyselytutkimuksen, kokeellisten mittausten sekä mallinnuksen avulla. Tutkimustulosten perusteella työntekijät voivat altistua hiukkasmaisille epäpuhtauksille ja kaasumaisille yhdisteille hengitysteiden kautta 3D-tulostuksen eri työvaiheissa. Eri työvaiheita ovat 3D-tulostusmateriaalin käsittely, varsinainen 3D-tulostustyö, 3D-tulostetun kappaleen jälki- ja pintakäsittely sekä huolto- ja kunnossapitotyöt. Altistumisen havaittiin riippuvan mm. työvaiheesta, käytettävästä tulostustekniikasta sekä 3D-tulostusmateriaalista

BIM tietomalli ja 3D-tulostus

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää miten Tekla Structures ohjelmalla luotu 3D-malli saadaan tulostettua koulun 3D-tulostimella sekä tutkittiin voidaanko Tekla Structuresin ominaisuuksia hyödyntää 3D-tulostamisessa ja miten tulostus onnistuu autocadilla. Selvitimme myös mahdollisia 3D-tulostusteknologian sovelluksia tulevaisuuden rakennustuotannossa ja sen näkymiä rakennusteollisuudessa sekä erilaisia tulostus menetelmiä joita voitaisiin mahdollisesti hyödyntää rakennusteollisuudessa.The purpose of this thesis was to study ways to find out how Tekla Structures created 3D model can be printed from schools 3D printer as well we examined whether Tekla Structures features can be took advantage on 3D printing, and how to successfully print from autocad. We also studied the potential of 3D printing technology applications in the future of construction industry and its prospects for the construction industry and a variety of printing methods on which can be used for printing in the construction industr

3D Printing in Clothing and it's usage in Medicine and Food Production

Työssä kerrotaan aluksi, mitä 3D-tulostus tarkoittaa sekä menetelmiä, joilla 3D-tulostusta voidaan tehdä. Kerrotaan lyhyesti myös vaatteenvalmistuksen prosessista ”ideasta kuluttajille” ja mitä ongelmia siihen liittyy. Tietotekniikasta on saatu jo paljon apua prosessin eri vaiheisiin, mutta mallivaatteita tarvitaan vielä paljon. 3D-tekniikasta on tehty myös tutkimusta paitsi virtuaalisina esityksinä tietokoneen ruudulla, myös 3D-tulostettuina vaatteina. Työssä kerrotaan mitä ja millaisia vaatteita on 3D-tulostuksella saatu aikaan sekä millaisia tekstiilimäisiä tasorakenteita on tehty ja tutkittu. Kerrotaan vaatteiden tekemisestä ja tasorakenteiden tutkimuksesta. Aihepiirin suppeuden vuoksi on tarkastelu 3D-tulostuksen käyttöä myös lääketieteessä ja ruoantuotannossa, joissa sitä jo sekä käytetään että tutkitaan sen käyttömahdollisuuksia lisää. Työn tarkoituksena oli tarkastella olisiko mahdollista valmistaa mallivaatteita 3D-tulostuksella missä päin maailmaa tahansa, kunhan vain on käytössä siihen sopiva tulostin ja muut välineet. Tutkimusmenetelmänä oli kirjallisuustutkimus, jossa lähteinä on käytetty tieteellisiä artikkeleita sekä tekstiilialan ja 3D-tulostuksen ammattilehtiä. Tieteellistä kirjallisuutta ei tekstiilien osalta löytynyt. Kävin myös vierailulla Aalto-yliopistossa, jossa keskustelin Laboratory Manager Jussi Mikkosen ja Factory Manager Juhani Tenhusen kanssa. Tavoitteena oli tutkia olisiko 3D-tulostus ratkaisu mallivaatteiden määrän vähentämiseksi, että turhia mallikappaleita ja siten myös tekstiilijätteen määrää saataisiin vähennettyä. Vielä ei 3D-tulostus ole kuitenkaan niin kehittynyttä, että sillä pystyttäisiin valmistamaan mallivaatteita, jotka voisivat käydä myynnin mallivaatteina eli olla oikean vaatteen kaltainen malli

Kolmiulotteisen astian mallin tekeminen ja tulostus 3D-tekniikalla

Tiivistelmä. 3D-tulostus eli materiaalia lisäävä valmistus on moderni menetelmä valmistaa kolmiulotteisia kappaleita. 3D-tulostimelle tuodun CAD-mallin avulla tulostin valmistaa mallin mukaisen kappaleen kerros kerrokselta. Menetelmä on suhteellisen nopea, ja käytössä olevia valmistusmateriaaleja on useita. Kandidaatintyön tavoitteena oli tutustua 3D-tulostukseen ja sen antamiin mahdollisuuksiin prosessiteollisuudessa. Työ oli rajattu esittelemään muovien 3D-tulostusta. Työssä esiteltiin 3D-tulostamisen etuja, muovien tulostustekniikkaa sekä tulostusmateriaaleja. Teoreettiseen taustaan tutustumisen jälkeen tehtiin kokeellisena osana jo olemassa olevan vaahdotusastian mallintaminen sekä tulostus 3D-tekniikalla. Uuteen vaahdotusastiaan tehtiin muutamia muutoksia helpottamaan sen käyttöä ja tekemään siitä toimivampi. Valmistusmateriaaliksi valittiin ABS-muovi, joka sopi tilanteeseen parhaiten. Työn aikana käytiin läpi tarvittavat vaiheet, jotta ideasta saatiin aikaan valmis kappale 3D-tulostuksen avulla. Vaahdotusastian mallintaminen ja tulostaminen onnistuivat hyvin. Uudesta vaahdotusastiasta tuli sellainen kuin haluttiin ja laadun tarkkuus riitti käyttötarkoitukseen. 3D-tulostuksen käyttöä prosessiteollisuudessa tarkasteltiin ja muutamia käyttökohteita löytyi. Nämä eivät ole mitään teollisuutta mullistavaa, mutta kuitenkin elämää helpottavia sekä tarjoavat mahdollisuuksia kappaleiden uudenlaiseen muotoiluun