# 3D-tulostusta robotilla

> Pienet pöytäkokoiset 3D-tulostimet ovat nykyisin tuttu näky niin teollisuudessa kuin kuluttajienkin keskuudessa ja lisäävän valmistuksen yleistymisen myötä kiinnostus on herännyt myös suuremman kokoluokan tulosteisiin.

## Suuren kokoluokan 3D-tulostus
Suurimman 3D-tulostetun kappaleen määrittäminen on haastavaa, sillä monet rakenteet muodostuvat useista erillisistä osista. Guinnesin ennätysten kirjassa tilavuudeltaan suurimmaksi tulosteeksi on katsottu vuonna 2019 valmistettu 3D-tulostettu rakennus. Muovi- ja muovikomposiittien puolella suurimpana pidetään vuonna 2019 valmistettua 7,72 metriä pitkää venettä. Metallien tulostuksessa suurimpia yhtenäisiä kappaleita ovat olleet laivojen potkurit, joskin vuonna 2016 Cranfieldin yliopistossa tulostettiin 6 metriä pitkä alumiinivarsi lankasyöttöisellä suorakerrostuksella.

## Robotiikan hyödyntäminen 3D-tulostuksessa
Edellä mainittuja suuren kokoluokan tulosteita yhdistää robotiikan hyödyntäminen. Yleisin ja yksinkertaisin tapa on tulostuspään kiinnittäminen käsivarsirobottiin. Savonia-ammattikorkeakoulu hankki 3D-tulostuksen investointi- ja kehityshankkeen yhteydessä robottitulostuslaitteita muoville, metallille ja betonille.

### CEAD-tulostusratkaisu
Vuonna 2021 käyttöön otettu muovin ja muovikomposiittien tulostusratkaisu perustuu hollantilaisen CEADin *robotextruder*-tulostuspäähän. Valinnassa painotettiin ominaisuuksia ja markkinoiden tarjontaa, sillä monet muut valmistajat tarjoavat vain kalliita kokonaisia soluja.

**Tekniset vaatimukset:**
* Käsivarsirobotilla käytettävä tulostuspää, joka käyttää raaka-aineena granulaattia
* Tulostusnopeus: vähintään 8 kg/h
* Suuttimien koko: 2–12 mm
* Tulostuspään painorajoitus: alle 50 kg
* Materiaalin kuivausyksikkö kytkettävissä syöttöjärjestelmään

Savonia hyödyntää olemassa olevaa KUKA KR-120 2700 -robottisolua, jota käytetään myös betonin 3D-tulostukseen. Järjestelmään kuuluu tulostuspää, materiaalin syöttöyksikkö sekä erillinen kuivausyksikkö, joka on välttämätön granulaattimateriaalien kosteuden poistamiseksi.

## Tulostusprosessi ja ohjelmisto
Robottitulostus eroaa perinteisestä 3D-tulostuksesta erityisesti robotin ja ympäristön hallinnan osalta.

1. **Geometrian luonti:** Tulostettava geometria avataan RoboDK-ohjelmistossa, joka mahdollistaa robottien etäohjelmoinnin ja sisältää 3D-tulostusmoduuleja.
2. **Siivutus (Slicing):** Ohjelma käyttää Slic3r-ohjelmistoa kerrosmuotoon siivuttamiseen ja tulostusparametrien määrittämiseen.
3. **G-koodin kääntäminen:** RoboDK kääntää Slic3rin tuottaman G-koodin robotin ymmärtämään muotoon postprosessorin (Python-skripti) avulla. Postprosessori huomioi robotin tarvitseman paikkatiedon lisäksi työkalun asennon (orientaation) ja nivelten konfiguraation.

## Haasteet ja kehityskohteet
Vaikka järjestelmä mahdollistaa suurten kappaleiden valmistuksen, prosessissa on vielä kehityskohteita:
* **Lämpötilanhallinta:** Suuremman materiaalinsyötön vuoksi kappaleen lämpötilanhallinta on haastavaa.
* **Tulostusalusta:** Materiaalin tarttuvuus alustaan vaatii jatkokehitystä, kuten lämmitys- tai jäähdytysominaisuuksien lisäämistä.
* **Jäähdytys ja tiivistys:** Tulostuspäästä puuttuu tällä hetkellä tehokas kappaleen jäähdytys sekä materiaalin tiivistysmekanismi, joka estäisi pursuamista ja hallitsisi materiaalin valumista siirtymien aikana.

**Yhteenveto kokemuksista:**
* **Plussat:** Mahdollistaa suuret kappaleet, hyvä tulostusnopeus, komposiittimateriaalien käyttömahdollisuus ja laitteiston siirrettävyys.
* **Miinukset:** Jokainen tulostuscase vaatii paljon säätämistä, prosessin hallinta on vielä puutteellista, ja tulostuspäästä puuttuu tiivistäjä sekä jäähdytys.