Kolmiulotteinen tulostus on vielä kiinnostavampi kuin luuletkaan

18.07.2014 | 3:00

Mutta onko se haihattelua vai elämää suurempi kumous?

 

Kalevi Rantanen

3D-tulostus näyttää tarjoavan mitä vain, kun tekniikka pikkuisen vielä edistyy. Voimme käyttää laitteita kotona yhtä helposti kuin kahvinkeitintä. Tulostaa voimme ruokaa, vaatteita, huonekaloja, mattoja, uusia niveliä, astioita ja astiastoja, elektroniikkaa ja paljon muuta. Isolla tulostimella voimme tulostaa talon tai veneen. Esimerkkejä löytyy paljon blogeista ja keskusteluryhmistä, kuten suomalaisesta Pursotinklubista Facebookissa.

Eduskunnan tulevaisuusvaliokunnan Mustat joutsenet -kirjassa[1] Jukka Liukkonen kirjoittaa 3D-tulostuksesta otsikolla ”Kaiken kopioiminen on mahdollista.” Hän ennustaa uuden valmistustekniikan tuovan myös yhteiskunnallisia muutoksia.

Patentti-, mallisuoja- ja tekijänoikeussotien jälkeen yhteiskunta ”vapautuu jatkuvasti enemmän”. (s. 180–181)

Silloin ”luoville ihmisille syntyy yhä uudenlaisia tapoja ansaita elantonsa suurten yhtiöiden ulkopuolella”. (s. 181)

Talousjärjestelmä muuttuu ”yhä enemmän itsenäisen kokeilemisen, yhteisöllisen tekemisen ja jakamisen yhteiskunnaksi”. (s. 182)

Palkkatyön luonne muuttuu. ”Kenties käyttöön otetaan perustulo, joka sopii oivasti luovaan yhteiskuntaan.” (s. 182)

Innokkaasti kolmiulotteista tulostusta ylistää tulevaisuusvaliokunnan raportti Suomen sata uutta mahdollisuutta[2].

”Tavaroiden teollinen sarjavalmistus korvautuu osa kerrallaan hajautetun valmistuksen mallilla…” (s. 21)

Alkaa tuntua jo 3D-utopialta, mutta perusteluja joka väitteelle löytyy runsaasti. Sitä tärkeämpää on tarkastella muuta ja osin vastakkaista todistusaineistoa.

Tutkimusyritys Gartner on kehittänyt hypekäyrän[3] kuvaamaan suhtautumista teknisiin uudistuksiin. Tuorein käyrä on julkaistu vuoden 2013 elokuussa. Sen laatijat havaitsivat eniten liioittelua ja hypeä puheissa peliyttämisestä eli gamifikaatiosta. Hopeasijan jakavat kodin 3D-tulostin ja kannettavat käyttöliittymät.

Teolliset 3D-tulostimet sen sijaan ovat jo ohittaneet pettymyksen laakson ja etenevät realistisessa vaiheessa. Gartner ennustaa kaupallisen teknologian yleistyvän 2-5 vuoden päästä. Mutta kuluttajalaitteissa on hyvä varautua suuriin pettymyksiin, sanoo Gartner. Käyttökelpoisen 3D-kotitulostimen kehittäminen vaatii vielä 5-10 vuotta.


Mastering the Hype cycle book.

Hype-käyrässä on yhtymäkohtia Osmo A. Wiion tulevaisuuslakeihin. Yli-innostuksen vaiheessa pätee ensimmäinen laki: lähikehitystä yliarvioidaan. Realististen odotusten vaiheessa pätee laki numero kaksi: pitkän ajan kehitystä aliarvioidaan.

Voimme lisätä kolmannen ajatusmallin. Entisessä Neuvostoliitossa vaikuttanut insinööri, tieteiskirjailija ja luovuuden tutkija Genrih Altshuller[4] rakensi 1970-luvulla tehokkaan ajattelun kaavion, jossa on monta ruutua. Tehoton ajattelija näkee yhden systeemin ja vain tämän hetken. Taitava ajattelija katsoo montaa ruutua. Millainen on ylemmän tason systeemi, mihin esimerkiksi 3D-tulostin kuuluu? Millaisia ovat systeemin osat? Millainen on systeemin, sen ympäristön ja sen osien menneisyys, nykyisyys ja tulevaisuus?

Malli, joka on alun perin kehitetty teknisten ongelmien ratkaisemista varten, auttaa myös järjestämään ja tulkitsemaan informaatiota. Meillä on 3D-tulostin. Mihin ylemmän tason systeemiin se kuuluu?

Yritystutkijat pelkäävät aliarviointia

IBM:n viimevuotinen raportti[5] ohjelmavetoisesta toimitusketjusta kuvaa yhtä ekosysteemiä 3D-painatuksen ympärillä. Systeemiin kuuluu kolme osaa, joiden kehitys tutkimuksen mukaan muuttaa teollisuutta radikaalisti:

1. 3D-painatus
2. Älykäs robotiikka
3. Avoin elektroniikka

Kolmiulotteinen painatus vaikuttaa eniten. Kannattavan sarjan koko putoaa. Kun tuotteita aikaisemmin piti usein valmistaa miljoonia, nyt sarja voi olla sata tai tuhat kappaletta.

Jos merkittävin muutos tulee 3D-painatuksen mukana, eniten yllätyksiä tarjoaa älykäs robotiikka. Robotit ovat halventuneet ja viisastuneet. Niitä voi helposti opettaa tekemään yksinkertaisia kokoonpanotehtäviä.

Avoimen koodin elektroniikka tarkoittaa elektroniikkaa, joka on vapaasti käytettävissä samaan tapaan kuin avoimen koodin tietokoneohjelma. Tiedon saa kopioida ilmaiseksi, mutta vastaavasti omat parannukset ohjelmaan tai laitteeseen on annettava muiden kopioitavaksi. Samalla periaatteella voi kehittää periaatteessa mitä tahansa. Yksi esimerkki muuten on RepRap-tulostin, jonka rakentamiseen tarvittava tieto on julkista.

Kolmiulotteinen tulostin, älykäs robotti ja avoin elektroniikka ovat ylivoimainen yhdistelmä monessa paikassa. Halpa tulostin tulostaa. Mukava robotti kokoaa tulostetuista osista tuotteen. Avoin elektroniikka jouduttaa tuotekehitystä.

Tutkijat selvittivät, miten uusi teknologia muuttaa neljää esimerkkituotetta: kuulolaitetta, kännykkää, teollista näyttöä ja pesukonetta.

Eräitä kuulolaitteen osia kannattaa jo nykyään valmistaa paikallisesti 3D-tulostimilla. Tutkijat ennustavat, että tulostetun, avoimella elektroniikalla valmistetun kuulolaitteen hinta voi vuonna 2022 olla alle kolmasosa nykyisestä. Kännykän hinta laskee vain parilla prosentilla, mutta pesukoneen hinnasta lähtee noin kolmasosa.

Eniten putoaa sarjan minimipituus, keskimäärin kymmenesosaan.

Jotkut yritykset ovat havainneet aikojen muuttumisen. Yksi tutkituista yrityksistä, suuri päivittäistavaroiden valmistaja, on pudottanut tuotantokustannukset Euroopassa lähelle Kiinan tasoa uusimpien robottien avulla. Se suunnittelee ruiskuvalun korvaamista 3D-painatuksella.  Se suunnittelee myös tuotantosarjojen lyhentämistä.

Valtaosa yrityksistä ja niiden johtajista kuitenkin yhä pitäytyy vanhaan. Tutkijat haastattelivat 55 yritysjohtajaa kymmenessä maassa, joista yksi oli Suomi. He havaitsivat, että johtajat yhä haluavat tuottaa entistä enemmän standardiosia pitkinä sarjoina. He aikovat tehdä asioita, joilla teollisuus on menestynyt viimeisten sadan vuoden aikana. Tutkijoiden mukaan niillä ei menestytä enää. Niitä, jotka kieltäytyvät näkemästä ajan merkkejä, uhkaa putoaminen kelkasta. Myös suomalainen raportti sadasta mahdollisuudesta varoittaa: ”Pikavalmistusta ei vielä Suomessa laajasti ymmärretä ja koko teollisen paradigman muutoksesta on puhuttu liian vähän. Tärkeinä nähdään edelleen pääasiassa vanhan teollisen paradigman mukaiset asiat.” (s. 22)

Valmistuksen ja talouden laaja maailma

Raportit kuvaavat vain osaa muuttuvasta maisemasta yritysmaailmassa.

Ympäröivä systeemi on laaja. Tavaroita valmistetaan monella tavalla. Sorvataan, porataan, höylätään, jyrsitään, hiotaan ja hoonataan. Leikataan mekaanisesti, vedellä ja laserilla. Hitsataan monella tavalla. Liimataan. Puristetaan, pursotetaan ja muovataan.

Elektroniikassa on paljon omia menetelmiä. On paljon kemiallista kaasufaasipinnoitusta. Atomikerroskasvatus on kiinnostava kaasufaasipinnoituksen laji. On litografiaa, syövytystä ja paljon muuta.

Kansantaloudessa on kappaletavaratuotannon lisäksi energiateollisuutta, kemian teollisuutta, lääketeollisuutta ja muita teollisuudenaloja. On maataloutta, metsätaloutta, kaivoksia, rahoituspalveluja, matkailua, hallintoa, koulutusta, juridiikkaa, terveydenhuoltoa, ja paljon muuta. Suurikin teollisuudenala on pieni osa taloudesta. Jos kaikki tavarat valmistettaisiinkin 3D-painatuksella, muutos koskisi silti vain vähemmistöä työvoimasta.

Mullistaako 3D-tulostus yhteiskunnan?

Systeemien lisäksi meidän pitää katsoa myös aikalinjaa.

Altshullerin malli kehottaa pitämään mielessä nykyajan ohella myös menneen ja tulevan. Yksinkertaisin tapa soveltaa mallia on palauttaa mieleen historiallisia analogioita.

3D-tulostuksen arvellaan muuttavan myös taloutta ja yhteiskuntaa.  Puhutaan taas ”uudesta taloudesta” ja peräti ”uudesta luovasta taloudesta”. Sanotaan, että ”kulutuskeskeinen talousjärjestelmä muuttuu yhä enemmän itsenäisen kokeilemisen, yhteisöllisen tekemisen ja jakamisen yhteiskunnaksi”.

Raportti Suomen sata uutta mahdollisuutta kertoo ”uusista lisäarvoista”, jotka syntyvät muun muassa ”positiivisista paikallisista työllisyysvaikutuksista”, luvussa, jonka otsikko on ”Lähivalmistus ja teollisen rakenteen murros” (s. 21).

Puhe uudesta taloudesta tuo mieleen vuosisadan vaihteen it-kuplan. Silloinkin puhuttiin paljon uudesta taloudesta. Vähän aikaisemmin, 1980-luvulla, uskottiin, että henkilökohtainen tietokone vie melkein onnelaan. Seuraavan vuosikymmen suurtyöttömyys yllätti sitten kaikki.

Nyt maalataan taivaanrannalle lähivalmistuksen idylliä. Todellisuudessa pientuotantoa on ollut aina. Uusilla aloilla syntyy ensin paljon yrityksiä, joista suuri osa sitten karsiutuu tai fuusioituu. Viime vuosisadan alussa oli paljon autotehtaita. Tietokonealan autotalliyrityksiä oli paljon 1980-luvulla.

Hyvä vertauskohta on myös pikaruokala. Niidenkin tuotantotekniikka näyttää yksinkertaiselta. Todellisuudessa laadun ylläpitäminen, markkinointi ja kustannustehokkuus vaativat usein suurten yritysten voimavaroja ja maailmanlaajuista toimintaa.

Tulostusala tuo ekonomisteille uutta laskettavaa. Milloin kannattaa kuljettaa raaka-aineet ja tulostaa tuote lähellä asiakasta, ja milloin tulostaa keskitetysti ja kuljettaa valmis tuote? Vastaus varmasti vaihtelee.  Korujen valmistaja voi palvella kaukaisiakin asiakkaita verkon kautta. Hän voi lähettää raaka-ainetta johonkin paikalliseen tulostuspalveluun. Tai hän voi tulostaa itse ja lähettää valmiin korun.

Mitä ompelukone opettaa kotitulostimesta?

Katsotaanpa vielä kotitulostinta erikseen. Mitä samankaltaista aikaisemmin on ollut?

Ensimmäisiä kodinkoneita oli ompelukone, joka yleistyi 1800-luvulla. Vaatteiden ompeleminen kotona helpottui. Ompelukone tarjosi vaihtoehdon keskitetylle vaatevalmistukselle. Molemmat ovat säilyneet. Ompelun analogiaa käyttäen voimme ennakoida, että kotitulostimia tulee teollisuuslaitosten rinnalle, ei välttämättä tilalle.

On joka kodin tavaroita, kuten kamerat, jääkaapit ja televisiot. On erikoisia, vähän käytettyjä laitteita, kuten leipäkone. Välissä on suhteellisen yleisiä, monien, mutta ei kaikkien käyttämiä laitteita, kuten kalastusvälineet, porakoneet ja akvaariot.

On epäselvää, tuleeko joka kodin 3D-tulostinta. Voi tulla, mutta voi olla tulemattakin. Laaja aineisto näyttää tukevan Gartnerin arviota: mahdollisuuksia teollisuudessa aliarvioidaan ja kotitulostimen kehitystä yliarvioidaan.

Sekä että, ei joko tai

3D-innostus antaa mahdollisuuden kertoa kaikesta valmistuksesta, useista valmistustekniikoista sekä teollisuuden ja kotielämän monista murroksista. Aihe on rikkaampi ja jännittävämpi kuin nykyisestä 3D-keskustelusta voi päätellä. Hype voi innostaa aluksi, mutta alkaa pian tuntua tylsältä. Todellisuus voittaa kuvitelmat myös 3D-tulostuksesta puhuttaessa.

Neliulotteiseen tulostukseen

Entä mitä voi 3D-tulostuksesta voi kehittyä vähän myöhemmin, muutaman vuosikymmenen kuluttua? Yksi vastaus on 4D-tulostus. Tietojenkäsittelytieteilijä ja taiteilija Skylar Tibbits on siirtynyt jo neljänteen ulottuvuuteen. Hän vetää Massachusetts Institute of Technologyn Self-Assembly Labia, joka kehittää neliulotteista tekniikkaa yhdessä tulostusyritys Stratasysin kanssa.

Neliulotteiset tulosteet muuttavat muotoaan ajassa, esimerkiksi levittävät itsensä tai laskostuvat.[6]


Skylar Tibbits: The emergence of “4D printing”

4D-tulostuksen tutkimus on heikohko signaali. Itseään muuttavat tuotteet eivät vielä ole ehtineet edes hypekäyrille. Teema ansaitsee huomiota jo siksi, että neliulotteisesta teknologiasta toistaiseksi puhutaan vähän.

Viitteet

[1] Liukkonen, Jukka. Kaiken kopioiminen on mahdollista. Teoksessa Mustat joutsenet. 2013. Tulevaisuusvaliokunnan julkaisu 4/2013. Helsinki: Eduskunnan tulevaisuusvaliokunta, s. 170-183.
[2] Suomen sata uutta mahdollisuutta: Radikaalit teknologiset ratkaisut. Suomessa Eduskunnan tulevaisuusvaliokunnan 6/2013
[3] Gartner’s 2013 Hype Cycle for Emerging Technologies Maps Out Evolving Relationship Between Humans and Machines, STAMFORD, Conn., August 19, 2013.
[4]Altshuller, Genrich. 1984. Creativity as an Exact Science. London: Gordon and Breach, Science Publishers, pp. 117-127
[5]IBM. 2013. The new software-defined supply chain. Preparing for the disruptive transformation of Electronics design and manufacturing.
[6]4D Printing. Revolutionizing material form and control. http://www.stratasys.com/industries/education/4d-printing-project

Kalevi Rantanen on vapaa tiedetoimittaja.

Kirjoitussarjan edellinen osa:
https://www.tiedetoimittajat.fi/robotit-ja-rosvoparonit/