Selluloosasta kaiuttimien koteloita ja kännykän kuoria

Kuvassa selluloosapohjaisesta materiaalista valmistettu lampunvarjostin.
VTT:n koordinoimassa kansainvälisessä NOVUM-projektissa kehitettiin selluloosasta biopohjaisia materiaaleja komponenttien valmistukseen. 3D-tulostettavilla ja ruiskuvalettavilla materiaaleilla on muovin korvaajana monenlaisia mahdollisuuksia.

”Nyt kun projekti on päättymässä, meillä on uniikki selluloosapohjainen 3D-tulostettava ja ruiskuvalettava materiaali sekä uniikki pilottilinja. Tällä automaattisella 3D-tulostuslinjalla voidaan demonstroida, miten kehittämästämme materiaalista valmistetaan biopohjaisia komponentteja.”

Näin summaa VTT:n teknologiapäällikkö Heli Kangas neljä ja puoli vuotta kestäneen, maaliskuussa päättyvän NOVUM-projektin tuloksia. Hankkeen tarkoituksena oli kehittää raaka-aineita ja valmistusmenetelmiä selluloosapohjaisten sähköeristyskomponenttien valmistukseen ja sovelluksiin. 

NOVUM-projektia koordinoi VTT, ja siihen osallistui yhdeksän partneria viidestä eri maasta. Rahoittajana toimi Euroopan komissio. 

Sellusta lämpömuovautuva

Hanke sai alkusysäyksen vuonna 2016. 

”Teknologiayritys ABB valmistaa sähköeristekomponentteja tehtaalle arkkeina tuotavasta erikoissellusta. Kulloistakin valmistettavaa komponenttia varten tehdään metallinen muotti – joskus tarvitaan muotti vain yhtä kappaletta varten. Valmistusprosessissa on 11 vaihetta, ja työ tehdään täysin käsin. Yrityksessä oli pitkään ajateltu, että prosessia pitäisi tehostaa, saada se lyhyemmäksi ja automaattiseksi. Ajatuksissa oli 3D-tulostus”, Heli Kangas kertoo.

Krakovassa Puolassa, ABB:n tutkimuskeskuksessa selvitettiin, kuka osaisi 3D-tulostaa selluloosaa. Löytyi VTT Suomesta. 

”Meillä tulostusta oli jonkin verran kokeiltu, mutta kovin pitkällä siinä ei vielä oltu. Yleisimpiä 3D-tulostusmenetelmiä käytettäessä sellun täytyy olla termoplastinen eli lämpömuovautuva. Koska sellu ei termoplastinen ole, oli mietittävä, miten siitä sellainen saadaan. Samalla, kun alettiin kehittää menetelmää 3D-tulostukseen, aloitettiin myös materiaalin kehitys.”

Hanke saatiin käyntiin ja nyt, neljä ja puoli vuotta myöhemmin, on kehitystyön lopputuloksena aikaansaatu 100-prosenttisesti biopohjainen termoplastinen sellu­loosakomposiitti, joka sisältää jopa 70 prosenttia selluloosaa. Tämän materiaalin 3D-tulostuksen demonstraatiota varten on tänä vuonna rakennettu automaattinen pilottilinja Brinter Oy:n tiloihin Turkuun.

”Näemme, että materiaalilla on paljon käyttöä muovin korvaajana. Monikäyttöisen materiaalista tekee se, että se soveltuu hyvinkin monimutkaisia muotoja käsittävien yksittäiskappaleiden 3D-tulostukseen sekä pitempien sarjojen ruiskuvaluihin.”

Auto- ja meriteollisuuden kiinnostus

Hankkeen aikana on tapahtunut paljon. ABB, joka yrityskaupan seurauksena on nykyään Hitachi Energy, ei ole enää ainoa loppukäyttäjä, vaan mukaan on tullut autoteollisuus, Fiatin tutkimuskeskus Italiasta sekä meriteollisuus, Meyer Turku Suomesta. 

Autoteollisuuden intressi selluloosapohjaista materiaalia kohtaan on kiristyvä lainsäädäntö; autoissa käytettävien materiaalien täytyy olla pitkälti vihreitä, joko kierrätettäviä tai biopohjaisia. Uutta materiaalia on menestyksekkäästi testattu autojen kojelautojen valmistuksessa. Etuna on ruiskuvalumahdollisuus, jolloin päästään suurempiin sarjoihin. 

Meriteollisuuden kiinnostus kohdistuu erilaisten kampanjaelementtien, kuten kalusteiden, valmistukseen. Elementit voidaan 3D-tulostaa kampanjaa varten, ja kun ne ovat tehtävänsä tehneet, voidaan materiaali paikallisesti kierrättää käyttämällä se uuteen elementtiin. 

Monipuoliset mahdollisuudet 

Uusi selluloosapohjainen materiaali pärjää hyvin verrattuna kaupallisiin biopohjaisiin 3D-tulostettaviin materiaaleihin. Sen etuna on, että komponentit voidaan murskata ja tulostaa uudestaan saman tien, materiaalia ei tarvitse lämmittää uudelleen tai sulatella. Valmistus ei myöskään tarvitse uusia investointeja, vaan se voidaan tehdä olemassa olevilla laitteilla.

”Muovin korvaajana materiaalista on mahdollista valmistaa esimerkiksi erilaisia suojapakkauksia arvokkaille tuotteille kuten kelloille, kestävän kehityksen mukaisia leikkikaluja, kodinelektroniikan kuoria, kuten kaiuttimien kotelointeja tai kännykän osia”, kaavailee Kangas. 

”Joustopakkaamiseen materiaali ei sovellu, mutta muuten komponenttien keventäminen ja biopohjaisuus, esimerkiksi kuljetusteollisuudessa, tulee kysymykseen. Uusiin käyttökohteisiin reseptiikkaa täytyy hieman optimoida, mutta se on täysin tehtävissä.”

Monivaiheinen hanke, joka kohtasi matkan varrella niin Brexitin, koronarajoitukset kuin muutaman partnerin konkurssinkin, on sitkeydellä saatu onnistuneesti loppusuoralle. Lopputulos on se, mitä tavoiteltiinkin. 

”Toiveena on nyt, että materiaali ja menetelmä herättäisivät kaupallista kiinnostusta. Tässä on hyvä mahdollisuus lähteä kehittämään monenlaisia tuotteita”, Heli Kangas sanoo.

Teksti: Minna Saano
Kuva: VTT