• huoltovarmuus
• kierrätysmuovi
• lisäävä valmistus

Yhteiskunnan toimivuus häiriötilanteissa edellyttää joustavia ja nopeasti reagoivia tuotantoratkaisuja. Lisäävä valmistus tarjoaa merkittävän mahdollisuuden huoltovarmuuden vahvistamiseen, mutta sen tehokas hyödyntäminen edellyttää ennakoivaa toimintaa. Paikallinen tuotantokyky ja materiaalien hallinta muodostavat keskeisen osan tätä varautumista.

Huoltovarmuuden tarkoituksena on varmistaa yhteiskunnan toiminta häiriötilanteissa. Lisäävän valmistuksen avulla voidaan tuottaa kriittisiä tuotteita tai komponentteja paikallisesti, mikä parantaa niiden saatavuutta häiriötilanteissa. Huoltovarmuuden keskeinen periaate on omavaraisuus, jolloin häiriöiden vaikutukset voidaan hallita ja ratkaista ilman ulkoista apua.

Lisäävälle valmistukselle rakennetaan huoltovarmuutta tukeva järjestelmä, jossa materiaali on jatkuvassa kierrossa paikallisella alueella. Kierrätetystä materiaalista voidaan valmistaa filamenttia lisäävää valmistusta varten. Järjestelmä tulisi ottaa käyttöön ja vakiinnuttaa normaalioloissa osana varautumista, jotta se on toimintavarma ja heti hyödynnettävissä häiriötilanteen sattuessa. Lisäävä valmistus voi tapahtua yrityksen tai organisaation sisällä, jolloin myös muovin kierto toteutuu saman toimijan sisällä.

Lisäävän valmistuksen hyödyntäminen

Lisäävää valmistusta hyödynnetään laajasti eri sektoreilla. Teollisuudessa huoltovarmuus painottuu kriittiseen tuotantoon, rakentamiseen sekä materiaalien saatavuuden varmentamiseen. Lisäävän valmistuksen avulla kriittisten tuotteiden tuotanto voidaan toteuttaa lähellä kuluttajia, jolloin pitkien tuotanto- ja kuljetusketjujen aiheuttamat riskit vähenevät. Lisäävä valmistus parantaa merkittävästi tuotantoketjun joustavuutta, sietokykyä ja tehokkuutta. Nämä tekijät vahvistavat koko tuotantoketjua, mikä on keskeistä huoltovarmuuden kehittämisen ja ylläpitämisen kannalta.

Humanitaarista apua tarvitaan silloin, kun huoltovarmuus ei ole kyennyt estämään häiriötilanteen vaikutuksia yhteiskuntaan. Humanitaarisessa avussa varaudutaan usein laaja-alaisiin kriiseihin, jotka eivät kosketa ainoastaan tuotantoketjuja, kuten luonnonkatastrofeihin. Lisäävän valmistuksen avulla kriittisten tuotteiden tuotanto voidaan toteuttaa tukilaitoksissa, jotka on strategisesti sijoitettu mahdollisten kriisialueiden läheisyyteen. Humanitaarinen apu hyötyy lisäävästä valmistuksesta samankaltaisella tavalla kuin teollisuustuotannon huoltovarmuus. Lisäksi se parantaa humanitaarisen avun verkostoja, hallintaa, prosesseja ja tuotteita, mikä tehostaa avun saatavuutta ja reagointikykyä kriisitilanteissa.

Lisäävän valmistuksen avulla voidaan parantaa materiaalin saatavuutta hyödyntämällä kierrätysmuoveista valmistettua filamenttia. Jotta huoltovarmuus voidaan toteuttaa ilman ulkoista apua, prosessiin tulee sisällyttää muovin kierrätysprosessi, jolloin raaka-aineita ei tarvitse hankkia ulkopuolelta. Tämän avulla voidaan vähentää uusiutumattomien materiaalien käyttöä ja lisätä kierrätysastetta. Yrityksillä tämä onnistuisi varsin hyvin, kun lajittelu voidaan tehdä sisäisesti, jolloin materiaalin laatu ja puhtaus voidaan varmistaa.

Lisäävän valmistuksen kappaleiden ominaisuudet

Tulostettava tuote, osa tai työkalu voi periaatteessa olla lähes mikä tahansa. Siksi on tärkeää kartoittaa, mitkä kappaleet ovat aidosti hyödyllisiä tulostaa. Tuotannosta tulee tunnistaa tuotteet, jotka soveltuvat lisäävään valmistukseen ja joiden tulostaminen tuottaa enemmän hyötyä kuin perinteiset valmistusmenetelmät.

Kaupallisesta ja itse valmistetusta HDPE-filamentista tulostettujen kappaleiden välillä havaittiin merkittävä ero, joka johtui kaupallisen filamentin sisältämistä lisäaineista. Itse valmistetun filamentin heikompi laatu vaikutti selvästi tulostusprosessiin, minkä seurauksena siitä tulostetut testisauvat olivat pienempiä kuin kaupallisesta filamentista valmistetut testisauvat.

Tulostetuista testisauvoista ja nielunäytepuikosta voidaan todeta, että:

• Tulostettavan kappaleen muoto, malli ja materiaali vaikuttavat ratkaisevasti tulostuslaatuun
• Hyvien tulostustuloksien saavuttaminen edellyttää testattuja ja oikein määriteltyjä prosessointiparametreja

Itse valmistetusta filamentista tulostettujen testisauvojen taivutuskerroin oli lähellä kirjallisuudessa esitettyjä arvoja 800–1400 MPa (Kaavio 1). Filamentin ohuus vaikutti merkittävästi taivutusominaisuuksiin, sillä se rajoitti testisauvaan tulevan materiaalin määrää. Kaupallisesta filamentista tulostetut testisauvat osoittivat, että tulostetuista kappaleista voidaan saada mekaanisesti vahvempia, jos käytetään lisäaineita.

Kaavio 1. Kaupallisella ja itse valmistetulla HDPE-filamentilla tulostettujen testisauvojen taivutuslujuustestin tulokset.

Tulostettujen kappaleiden mekaaniset ominaisuudet ovat pääosin samalla tasolla kuin perinteisillä valmistusmenetelmillä valmistettujen kappaleiden. Filamentin valmistukseen ja tulostettavuuteen liittyvien haasteiden vuoksi HDPE ei kuitenkaan ole optimaalinen materiaali hyödynnettäväksi huoltovarmuuden näkökulmasta. Prosessi osoittautui silti toimivaksi, ja muiden materiaalien käyttö voisi parantaa sekä filamentin että tulostettujen kappaleiden laatua.

Käyttöönotto

Lisäävän valmistuksen suurin haaste huoltovarmuuden tukena on sen käyttöönotto, sillä kyseessä on aikaa vievä ja vaativa prosessi. Jotta lisäävästä valmistuksesta olisi todellista hyötyä häiriötilanteissa, prosessi on suunniteltava, testattava ja otettava käyttöön jo normaaliolosuhteissa.

Prosessi pitää suunnitella eri vaiheiden kautta:

• Muovin saatavuuden varmistaminen ja kierrätysjärjestelmän rakentaminen
• Filamentin valmistuksen ja 3D-tulostuksen tarkkojen prosessiparametrien määrittäminen eri materiaaleille ja tuotteille
• Tulostettavien kappaleiden kartoittaminen tulostettavuuden ja saavutettavan hyödyn perusteella
• CAD-mallien saatavuuden varmistaminen

Lisäävä valmistus ei toimi huoltovarmuudessa itsenäisenä ratkaisuna, vaan se tukee muuta tuotantoa. Sen avulla voidaan paikata tuotantoketjun heikkouksia ja turvata kriittisten tuotteiden saatavuus.

Lisäävän valmistuksen hyödyntäminen huoltovarmuudessa parantaa erityisesti:

• Varastoinnin tarvetta pienentämällä kriittisten osien ennakkovarastointia
• Tuotteiden räätälöintiä käyttötarkoituksen mukaisesti
• Reagointinopeutta häiriötilanteissa
• Tuotantoketjun varmentamista ja joustavuutta
• Muovin ja materiaalien kiertoa paikallisessa järjestelmässä

Tulosten perusteella voidaan todeta, että lisäävä valmistus tarjoaa realistisen ja kehityskelpoisen keinon huoltovarmuuden vahvistamiseen, kun sen käyttöönotto suunnitellaan järjestelmällisesti ja integroidaan osaksi muuta tuotantoa.

Artikkeli on osa Uudet materiaalit ja prosessit -tutkimusryhmän julkaisuja.

Lähteet

Uusitalo, S. 2026. Kierrätysmuovit lisäävän valmistuksen raaka-aineena huoltovarmuuden tueksi – Theseus. Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.

Artikkelikuva: Minku Kang, Unsplash https://unsplash.com/photos/black-and-blue-audio-mixer-aCniNTiIFd8