Silmälasikehykset asiakkaan kasvojen mukaan – miten yksilöllisyys onnistuu ilman 3D-skannausta?
Voiko silmälasien kehykset valmistaa yksilöllisesti ilman kallista ja patentoitua 3D-skannausta? Entä voiko tekoälyllä hoitaa mallinnuksen? Näihin kysymyksiin haettiin vastausta Turun AMK:n konetekniikan opinnäytetyössä, jossa testattiin eri tapoja yhdistää personointi ja massatuotanto.
Silmälasien yksilöllinen istuvuus ja ulkonäkö ovat monille asiakkaille entistä tärkeämpiä. Perinteisesti kehyksiä myydään vakiomuotoisina, eikä niissä ole otettu huomioon käyttäjän kasvojen piirteitä. Tämä avaa mahdollisuuksia räätälöidyille ratkaisuille, mutta esteeksi saattaa tulla laajasti patentoitu valmistusmenetelmä, jossa yhdistyvät 3D-skannaus ja ainetta lisäävä valmistus (Cluckers & Maes 2017).
Tässä opinnäytetyössä tutkittiin, miten silmälasien kehysten yksilöinti voitaisiin toteuttaa ilman 3D-skannausta. Samalla vertailtiin eri valmistusmenetelmiä sekä sitä, millaisia mahdollisuuksia tekoäly tuo kehysten mallintamiseen. Tuloksena syntyi toimiva konsepti, jossa kehykset saadaan sovitettua asiakkaan kasvoihin – ilman että rikotaan olemassa olevia patentteja.
Kuvista mallinnettuja kehyksiä?
Tutkimuksen aikana vertailtiin kahta personointitapaa: 3D-skannausta ja kuvien perusteella tapahtuvaa mallinnusta. Skannausta kokeiltiin ensin puhelimen LiDAR-tekniikalla, mutta tarkkuus ei riittänyt silmälasikehysten suunnitteluun. Turun AMK:n tarkempi LiDAR-skanneri toimi paremmin, mutta asettelun ja mallin oikeaan asentoon saaminen oli yllättävän työlästä.
Vaihtoehtona kuvat osoittautuivat varteenotettavaksi ratkaisuksi. Kun asiakkaan kasvoista otetaan kuvat oikeista kulmista, voidaan silmälasien muodot mallintaa ilman skannausta. Nenän muotoa ei kuitenkaan pystytty hahmottamaan riittävän tarkasti kuvista, joten tätä varten kehitettiin paperipohjainen mallinnusmenetelmä. Tulevaisuudessa voisi olla mahdollista käyttää nenän mittaamiseen esimerkiksi profiilipintalaitetta tai sähköistä profiilikampaa, joka ei rikkoisi skannaukseen perustuvaa patenttia.
Tekoäly personoinnin apuna
Yksilöllisten kehysten suunnittelu vie aikaa, jos sen tekee käsin. Siksi työssä selvitettiin myös, miten tekoäly voisi nopeuttaa ja automatisoida mallintamista. Tekoälyn avulla voidaan analysoida kasvojen mittoja kuvista tai skannauksista ja tehdä niihin perustuvia muokkauksia kehysmalleihin. Näin voidaan säätää esimerkiksi:
- sankojen lähtökulma ja pituus
- linssien sijainti ja koko
- nenäpalan muoto ja sillan leveys
Tekoälyn käyttö mahdollistaa myös sen, että lopulliset muokkaukset voidaan tehdä automaattisesti, ja suunnittelijan tehtäväksi jää vain viimeistely ja tarkastus. Tämä alentaa kustannuksia ja nopeuttaa toimitusta.
3D-tulostus vai ruiskuvalu?
Valmistusmenetelmistä vertailtiin 3D-tulostusta ja ruiskuvalua 3D-tulostetuilla muoteilla. 3D-tulostus osoittautui joustavammaksi ja yksinkertaisemmaksi ratkaisuksi yksilöllisten kehysten valmistamiseen. Erityisesti SLS-menetelmä (Selective Laser Sintering) ja PA12-materiaali vastasivat vaatimuksiin, kuten:
- ihoystävällisyys
- korkea lämmönkestävyys
- hyvä mittatarkkuus
Ruiskuvalu vaatii muottien valmistusta tai varastointia, joka tekee prosessista monivaiheisen ja hitaamman. Vaikka muottien yhdistely tekoälyn avulla voisi tuoda tehokkuutta, ei saavutettu räätälöintitaso ole yhtä hyvä kuin suoraan tulostettuna.
Kohti automatisoitua tuotantoa
Kehitetty liiketoimintakonsepti yhdistää kuvapohjaisen personoinnin, tekoälymallinnuksen ja 3D-tulostuksen. Asiakkaan kasvoista otetaan kuvat ja nenän muodosta luodaan malli, joiden perusteella tekoäly suunnittelee kehykset. Liikkeessä tulostetaan testikehykset, ja suunnittelija hyväksyy lopullisen version ennen valmistusta. Näin yhdistyy yksilöllisyys, tehokkuus ja kustannustehokkuus.
Tulevaisuudessa konseptia voidaan kehittää edelleen kuvauskehyksillä ja tarkemmilla mittalaitteilla. Tekoälyn rooli tulee vain kasvamaan, ja kehittyvien CAD-työkalujen myötä täysin automaattinen yksilöllinen tuotanto on yhä lähempänä todellisuutta.
Lähteet
Cluckers, T. & Maes, J. 2017. 3D printable eyeglasses – European Patent EP3138026A1
Eura, R.-M. 2023. Tekoälyn käyttö CAD-mallinnuksessa. Kandidaatintyö. Tampereen yliopisto.
Suonio, A. 2020. 3D-tulostettujen muottien käyttö ruiskuvaluprosessoinnissa. Kandidaatintyö. Tampereen yliopisto.
Haimilahti, T. 2025. Silmälasien kehysten yksilöinti ja valmistaminen. Opinnäytetyö. Turun Ammattikorkeakoulu. https://www.theseus.fi/handle/10024/886574
Kuvatiedot
Pääkuva: Omakuva 3D skannatusta päästä ja suunnitelluista silmälasikehyksistä. Kuvaaja: Timo Haimilahti.