20.10.2022

Modernien 3D-teknologioiden pauloissa

Hanketyöskentely eEDU-Verkko-oppimisen kehittäminen (ESR 2020-2022) hankkeessa on mahdollistanut minulle sukeltamisen opetusteknologian syövereihin. Vaikka tieni tietotekniikan pariin on alkanut jo lapsena koti-PC:n käyttäjänä ja opiskeluaikoinanikin erikoistuin teknologiaan kieltenopetuksessa ja -oppimisessa, on työni verkkopedagogiikan asiantuntijana ja projektipäällikkönä avannut minulle aivan uusia näkökulmia ja kehittymiskohteita teknologian opetuskäytön saralla.

Tänä syksynä aloitin työni ohessa opiskelun Hämeen ammattikorkeakoulun, Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja 3D Bear Oy:n järjestämässä Opettaja modernien 3D-teknologioiden osaajana -täydennyskoulutuksessa. Koulutuksen tavoitteena on tutustua 3D-teknologioiden perusteisiin, 3D-tulostuksen ja lisäävän valmistuksen erilaisiin mahdollisuuksiin sekä virtuaalityökalujen (AR & VR) hyödyntämiseen opetuksessa ja oppimisessa. Koulutus järjestetään monimuotototeutuksena niin, että verkossa opiskeltava teoria-aineisto löytyy koulutuksen verkko-oppimisympäristöstä Moodlessa, kun taas ryhmämuotoiset ohjaustapaamiset ovat Zoom-ympäristössä noin kerran kuussa. Lisäksi ryhmällä on lähiopetusta kerran kuussa joko HAMK:n Riihimäen kampuksella tai Lappeenrannan-Lahden teknillisen yliopiston laboratoriossa. Alun perin minua houkutteli koulutukseen 3D-mallinnuksen opettelu ja odotin erityisesti erilaisiin 3D-skannereihin tutustumista. Olin ajatellut kokeilla 3D-mallinnusta ja 3D-mallien hyödyntämistä esimerkiksi sosiaali- ja terveysalan oppimateriaalien laadinnassa. 

3D-mallinnusta CAD-ohjelmilla, skannereilla tai valokuvien avulla

Koulutuksen ensimmäisellä lähiopetuskerralla HAMK:n kampuksella opetusryhmä tutustui sekä toisiinsa että 3D-mallinnuksen periaatteisiin sekä siinä tarvittavaan välineistöön. Kolmiulotteista mallinnusta on mahdollista tehdä monella eri menetelmällä, kuten eri käyttötarkoituksiin suunnitelluilla CAD-ohjelmilla, 3D-skannereilla tai fotogrammetriaa hyväksi käyttäen Lidar-kameralla varustetulla älylaitteella. Lähiopetuspäivässä opiskelijat pääsivät kokeilemaan 3D-käsiskannerin käyttöä erilaisten esineiden mallinnukseen. En päässyt osallistumaan lähipäivään, joten kokeilin 3D-mallin tuottamista kotikonstein Lidar-kameralla pääosin huonoin lopputuloksin. 

3D-mallinnus -osion jälkeen koulutuksen Moodle-oppimisalustalle ilmestyi kotitehtävä, joka tuli suorittaa lokakuun alkuun mennessä. Tehtävänämme oli suunnitella jollain 3D-mallinnusohjelmalla sormus, jonka tulostaisimme muovisena kappaleena Lappeenrannan lähipäivässä. Sormuksen mallin sai halutessaan hankkia valmiina mallina verkon 3D-kirjastoista. Tiedosto piti toimittaa kurssin opettajille etukäteen, jotta he voisivat valmistaa meille allien pohjalta jauhepetitulostus-menetelmällä uniikit metallisormukset. Koulutuksen verkkomateriaaleissa oli yksityiskohtainen ohjevideo ja kirjallinen ohje helpon Tinkercad-mallinnusohjelman käyttöön. Päätin kokeilla sormuksen mallintamista, sillä en ollut koskaan aiemmin tehnyt 3D-mallinnusta. Muutaman hetken aprikoituani ohjelman toimintoja sain suunniteltua ohjelmalla perussormuksen, jonka mallin lähetin opettajille. Vähän jännitin sitä, sainko suunniteltua sormuksesta itselleni sopivankokoisen. 

3D-tulostusta vai lisäävää valmistusta?

Seuraava lähipäivämme järjestettiin Lappeenrannan-Lahden teknillisen yliopiston Lappeenrannan kampuksella. Päivän aluksi tutustuimme koulutuksen opettajiin Marika Hirvimäkeen ja Ilkka Poutiaiseen sekä kahteen muuhun osallistujaan. Meillä kaikilla oli täysin erilainen koulutustausta, mutta jaettu kiinnostus uusiin teknologioihin ja niiden opetteluun. 

Koulutuksen toinen opettaja Marika Hirvimäki aloitti perehdyttämisen päivän teemaan selittämällä meille 3D-tulostuksen ja lisäävän valmistuksen eron. 3D-tulostus viittaa yleisesti kuluttajakäytössä oleviin muovitulostimiin, kun taas lisäävä valmistus tarkoittaa useimmiten digitaalisen mallin pohjalta valmistettavaa kappaletta, jossa materiaalia liitetään yhteen kerros kerrokselta. Lisäävää valmistusta käytetään paljon teollisuudessa ja prototyyppien laatimisessa. Tutustuimme päivän aikana myös erilaisiin lisäävän valmistuksen menetelmiin, joista pääsimme konkreettisesti näkemään ja kokemaan materiaalin pursotuksen ja jauhepetitulostuksen. 

Luennon jälkeen tutustuimme LUT:n tulostuslaboratorioon, josta löytyivät nesteen fotopolymerointia hyödyntävä tulostin sekä erilaisia materiaalin pursotusmenetelmään perustuvia muovitulostimia. Esittelykierroksen jälkeen suunnittelimme yhdessä Tinkercad-ohjelmalla toisen sormuksen, jonka tulostusprosessia pääsimme seuraamaan. Opettelimme käyttämään myös tulostinohjelmaa ja saimme opettajilta vinkkejä tulostettavan kohteen tulostussuunnasta (usein 45 astetta) sekä kohteen tarvitsemista tukirakenteista. Kokeilimme lopuksi tulostaa suunnittelemamme sormuksen pystyasennossa ja 45-asteen kulmassa, jolloin pääsimme havainnoimaan lopputuloksesta tulostuskulman ja tukirakenteiden vaikutusta lopputulokseen.

Iltapäivän ohjelmassa oli tarkempi tutustuminen lisäävän valmistuksen menetelmistä metallin jauhepetitulostukseen. Kävimme tutustumassa jauhepetitulostimeen ja tulostusmateriaalina käytettävän metallijauheen jälkikäsittelyyn. Laitteet ja niissä käytettävät materiaalit ovat arvokkaita, joten opettaja korosti meidän olevan harvinaisia vieraita tulostintilassa. Aiemmin suunnittelemamme sormukset oli valmistettu jo edellisenä iltana, sillä pienenkin esineen valmistaminen metallijauheesta laserin avulla kestää useita tunteja. Meidän sormustemme valmistus oli kestänyt noin kuusi tuntia. Tehtävänämme oli suorittaa sormusten jälkikäsittely.

Nopea automaattinen valmistus – hidas manuaalinen jälkikäsittely

Valmistuksen jälkeen metallisormukset täytyi irrottaa teräsalustalta, jolle ne tulostettiin. Sormukset olivat kiinni alustassa sekä reunoiltaan että tukirakenteista. Irrottamiseen käytettiin raakaa voimaa, vasaraa ja talttaa. Alustalta irrotettu sormus oli karkea ja samea eikä juurikaan muistuttanut kaunista korua. 

Puettuamme suojavarusteet (hanskat, lasit, hengityssuojain ja pakollinen suikka!) päälle pääsimme työstämään sormuksia jälkikäsittelypisteelle. Pisteellä sormusten pinta hiottiin laikalla sekä sisältä että ulkoa. Lopuksi pinta kiillotettiin vahalla ja ylimääräinen vaha poistettiin puhdistusaineella. Jälkikäsittelyvaiheiden runsaus ja käsityön määrä kummastutti ottaen huomioon digitaalisen työskentelyn ja automaation määrän valmistusvaiheessa.

Lisäävän valmistuksen mahdollisuuksia

Iltapäivän päätteeksi ihastelimme valmistamiamme sormuksia, minkä lisäksi pohdimme lisäävän valmistuksen sovellusmahdollisuuksia. Omalle alalleni kieltenopetukseen en lisäävälle valmistukselle juurikaan keksinyt sovellusmahdollisuuksia, mutta ammatillisen koulutuksen kentällä ajattelen lisäävän valmistuksen soveltuvan esimerkiksi tuotesuunnittelun, sisustus- ja muotisuunnittelun, teatteritekniikan sekä esineiden pientuotannon opettamiseen. Kaiken kaikkiaan päivä oli erittäin onnistunut, mielenkiintoinen ja täynnä oppimisen sekä oivaltamisen iloa. Suosittelen lämpimästi muillekin hyppäämistä mukavuusalueensa ulkopuolelle ja tarttumaan rohkeasti itselleen vieraisiin, mutta kutkuttelevan kiinnostaviin aiheisiin!

Ps. Erityiskiitos LUT:lle tuosta viehättävästä suikasta ja työvaatteiden lainauksesta! Meidät hyväntahtoisesti huijattiin pukemaan nuo vermeet päällemme…

Teksti ja kuvat: Sanna Laukkarinen, projektipäällikkö, eEDU-Verkko-oppimisen kehittäminen -hanke