Tutustuminen alansa huippuosaamiseen ja hitsaustekniikan laboratorioon LUT:lla: Syventymistä robotiikan ja metallintyöstön maailmaan

Saimme kutsun tutustumaan Lappeenrannan-Lahden teknillisen yliopiston (LUT) hitsaustekniikan laboratorioon, missä tutkijatohtori Sakari Penttilä esitteli meille heidän toimintaansa ja teknologiaa. Keskustelu Sakarin kanssa avasi meille oven robotiikan ja metallintyöstön maailmaan, ja pääsimme pohtimaan erilaisia tapoja hyödyntää näitä teknologioita yritystoiminnassa.

Robotiikan monipuolinen hyödyntäminen yritystoiminnassa

Tutustuessamme laboratorion toimintaan keskustelumme avasi näkökulmia, joita harvoin tulee ajatelleeksi robotiikan hyödyntämisessä. Penttilän kanssa pohdimme muun muassa teollisuusrobottien optimaalista käyttöä niiden ollessa vapaana varsinaisista tehtävistään. Hän korosti, että jo robottia hankittaessa olisi hyvä harkita sen monipuolista hyödyntämistä eri tehtävissä myös sen varsinaisen työajan ulkopuolella.

Penttilä esitteli meille heidän kehittämäänsä tutkimusta, joka vastaa osakseen tähän haasteeseen. Hitsauslaboratorion robotit on ohjelmoitu suorittamaan metallin 3D-tulostusta, jolla voidaan mallintaa ja tutkia robottien hyödyntämistä myös sellaisina aikoina, kun prosessissa ei tarvita ihmisten apua. Tämän avulla voidaan parantaa tuotantovolyymeja, nostaa kannattavuutta ja ennen kaikkea lyhentää investointien takaisinmaksuaikaa.

Hän kertoi myös, että heillä on ollut tutkimuskäytössä kuluttajapuolen 3D-tulostamisessa käytettävä CURA-ohjelmisto, jolla voidaan viedä 3D-tulostusparametrit roboteille. Parhaita puolia tällaiseen hyötykäyttöön valjastettavissa hitsausroboteissa on se, että tämä ei vaadi robottien muokkaamista tai uusien robottisolujen hankkimista, vaan siinä voidaan hyödyntää jo olemassa olevia hitsausrobotteja.

Metallin 3D-tulostuksen mahdollisuudet ja taloudelliset hyödyt

Vierailulla keskustelimme 3D-tulostuksen muistakin mahdollisuuksista, kuten tarkempaan tulostukseen suunnitelluista laitteista, jotka yhdistelevät laser-teknologiaa jauhepetimenetelmään (DMLS). Näiden laitteiden avulla voidaan tulostaa osia, joita perinteiset metallintyöstömenetelmät eivät pystyisi tuottamaan kuten metallikappaleen sisään tulostetut muodot. Näiden osalta LUTin hitsaustekniikan laboratoriossa tehdään alansa huippututkimusta ja yritysyhteistyöprojekteja.

Keskustelumme kääntyi lisäksi metallin 3D-tulostuksen taloudellisiin hyötyihin. Tällä tekniikalla voidaan saavuttaa merkittäviä kustannussäästöjä prosessitehokkuutta parantamalla. 3D-tulostaminen mahdollistaa yksittäisten kappaleiden valmistamiseen kustannustehokkaasti ilman sarjatuotantoa. Näin ollen ei tarvita erillisiä tuotantolinjoja eikä raskasta koneistoa yksittäisten kappaleiden valmistamiseen. Osien tulostaminen on usein nopeampaa ja edullisempaa kuin tilaaminen alkuperäiseltä valmistajilta. Monesti kyseessä voi olla myös osa, jonka valmistus on jo loppunut. 

3D-tulostamisen tai 3D-hitsausrobotiikan avulla voidaan parantaa tehokkuutta jopa 400% ideaaleissa tapauksissa.

3D-tulostamisen vertaaminen perinteiseen CNC-koneistamiseen tuo lisäksi merkittävää säästöä materiaaleissa sekä kokoonpanossa. Tulostuksesta ylijäävä materiaali voidaan useasti hyödyntää seuraavien kappaleiden valmistuksessa. Näin ollen valmistuksen sivuvirtana tulevaa materiaalia ei tarvitse kierrättää.

Materiaali ja tuotantokustannusten lisäksi, yritykset voivat säästää myös ympäristöä. Tulostus on prosessina energiatehokas, energiaa kuluu vain vähän itse tulostamisprosessissa. Näin osien valmistus tulostamalla voi vähentää hiilidioksidipäästöjä perinteisiin  valmistusmenetelmiin verrattuna. Myös hukkamateriaalien uusiokäyttö suoraan samassa prosessissa vähentää sekä logistiikasta aiheutuvia kustannuksia että materiaalien prosessointia uusiokäyttöä varten.

Metallin 3D-tulostimet ja 3D-hitsausrobotiikka toki vaativat isomman sijoituksen, joten se ei ole välttämättä mahdollista kaikille yrityksille. Monesti myös tarvittava osaaminen puuttuu tai sen rekrytointi on haastavaa ja kallista. Automatisointi ei myöskään tapahdu sormia napsauttamalla. Penttilä mainitsi, että “robotti saattaa vaatia vielä hankkimisen jälkeen noin 1-2 vuotta, että sen käyttö on optimoitu ja sen täydellinen tuotannollinen tehokkuus on saavutettu”.

Metallin 3D-tulostuspalveluita tarjotaan myös ostopalveluna mikäli laitteen hankinta ei yritykselle itselleen ole taloudellisesti kannattavaa. Erityisesti yksittäiskappaleiden valmistuksessa kannattaa tukeutua tunnettuun sekä korkealaatuista palvelua tuottavaan metallin 3D-tulostusta tekevään yritykseen.

Uuden teknologian oppimisalustan merkitys alueellamme

Puhuimme vierailulla myös uuden teknologian oppimisalustan hyödyistä Etelä-Karjalan alueen yrityksille ja yhteisöille. Penttilän mukaan alueellamme on selkeää kiinnostusta hitsausrobotiikan käyttöönottoon laajan teollisen toiminnan vuoksi.  Useat yritykset tarvitsevat uutta osaamista ja nykyisen henkilöstön osaamisen päivittämistä uusien teknologioiden hyödyntämiseen tuotanto- ja valmistusmenetelmien osalta. 

Teollisuuden tarpeisiin tulisi tarjota Sakari Penttilän mielestä selkeää operaattorikoulutusta ja kehittää oppimista monialaisesti, eikä vain tutkintoon tähtäävien koulutusohjelmien kautta. Hitsaus- sekä muut valmistusmenetelmät vaativat uusia teknologioita monesta eri näkökulmasta, kuten visuaalinen laadunvarmistus, metallurgia ja kappaleiden mittaaminen digitaalisesti. Uusia teknologioita tulee jatkuvasti käyttöön ja niiden käyttö laajenee. On siis ensiarvoisen tärkeää alueen kilpailukyvyn näkökulmasta, että koulutuksia on tarjolla matalalla kynnyksellä.

Robocampin käynnistämällä uuden teknologian oppimisalusta -hankkeella (UTO2024) pyritään vastaamaan näihin tarpeisiin sekä yritysten että oppilaitosten näkökulmasta. Hanke on Euroopan Unionin Osarahoittama.

LUT-yliopisto tarjoaa laajasti palveluita yrityksille yhdessä muiden alueen ja kotimaan oppilaitosten kanssa. Tästä yhtenä esimerkkinä HITLEAP-hanke (https://www.hitleap.fi/).  Hankkeen avulla vahvistetaan alueen hitsaavien yritysten osaamista ja tuottavuutta sekä uuden teknologian hyödyntämistä.