Rheinmetall UK toimii merkittävänä puolustusalan pääurakoitsijana Isossa-Britanniassa ja toimittaa British Armylle kehittyneitä maa-, elektroniikka- ja asejärjestelmiä keskittyen vahvasti kansalliseen suorituskykyyn ja paikalliseen valmistukseen. Keskeisiä ohjelmia ovat Boxer Mechanised Infantry Vehicle (MIV), Challenger 3 Main Battle Tank ja uusi "UK Gun Hall" putkien valmistukseen
Aiemmissa ajoneuvojen kehitysohjelmissa Crew Temperature Control Systemin kaltaisten järjestelmien kanavat suunniteltiin käyttämällä joustavia putkia, jotka yhdistivät ohutlevystä valmistettuja liitäntäkoteloita. Tämä lähestymistapa on toiminut hyvin monien vuosien ajan ja tarjoaa yksinkertaisen sekä kustannustehokkaan ratkaisun ajoneuvojen kanavointiin. Rheinmetall UK:n Challenger 3 -ohjelman kaltaisissa ajoneuvojen modernisointiohjelmissa tämä lähestymistapa ei ole enää toteuttamiskelpoinen merkittävien tilarajoitteiden ja olemassa olevan ajoneuvoarkkitehtuurin mukauttamisen vuoksi.
Monimutkaisten kanavakomponenttien tuotantoon voitaisiin käyttää erilaisia tuotantomenetelmiä, kuten ruiskuvalua tai rotaatiovalua. Nämä kuitenkin edellyttävät kalliita työkaluja, ja pienivolyymisessä tuotannossa työkalukustannukset ovat merkittäviä. Lisäksi ajoneuvojen kehitysohjelmissa ilmakanavat käyvät yleensä läpi useita iteraatioita ja vaativat usein myöhäisiä muutoksia, koska muut alijärjestelmät kilpailevat tilasta. Siksi on olemassa riski, että työkalut on valmistettava uudelleen ja alun perin testejä varten ajoissa tuotetut osat on tehtävä uudelleen ajoneuvon tuotantoerää varten.
Nämä paineet huomioiden 3D-tulostus tarjoaa ratkaisun. Osille ei ole työkalukustannuksia , suunnitelmia voidaan muuttaa nopeasti muiden järjestelmämuutosten huomioimiseksi, eikä osien monimutkaisuus lisää kustannuksia.
SLS ja SLA tutkittiin molemmat yksityiskohtaisesti tätä käyttökohdetta varten, ja päätös valita FFF perustui useisiin tekijöihin.
Ensimmäinen huomioitava asia on valmistettavilta osilta vaadittava toiminnallisuus. Tässä käyttökohteessa on tiukat vaatimukset palonestolle, vähäiselle savunmuodostukselle ja vähäiselle toksisuudelle. Ylemmät ja alemmat käyttölämpötilat rajasivat materiaalivaihtoehtoja edelleen, jolloin jäljelle jäivät PA2241FR:n (SLS) ja ULTEM 9085:n (FFF) kaltaiset vaihtoehdot. Tuolloin ei tunnistettu sopivia SLA-materiaaleja, jotka olisivat täyttäneet kaikki vaatimukset.
Pinnanlaatu on tärkeää paitsi osan ulkonäön myös hyvän ilmavirran kannalta kanavien sisällä. SLS- ja SLA-osien pinnanlaatu on erittäin hyvä suoraan koneesta. FFF-osien pinnanlaatu voi olla karkeampi, jolloin sen parantaminen vaatii jälkikäsittelyä. Kanavien on pidettävä ilma hyvin sisällään, jotta tarpeettomia painehäviöitä ei synny. SLA ja SLS tuottavat kiinteät osaseinämät, kun taas FFF voi jättää ilmarakoja, jotka on tiivistettävä tai maalattava niiden vaikutuksen vähentämiseksi.
Tarvittiin suuria kanavaosioita, esimerkiksi 400mm+, mikä tarkoitti, että osa edullisemmista SLA-koneista ei soveltunut käyttöön. Suuremmat rakennuskammiot SLS-koneissa nostavat kustannuksia merkittävästi, kun taas suuremman rakennuskammion FFF-koneita on saatavilla alhaisemmin kustannuksin.
Tässä pienivolyymisen tuotannon käyttökohteessa tarvitsemme sopivan tasapainon kustannusten ja tuottavuuden välillä. SLS voi olla erittäin tuottava, mutta se edellyttää suuria pääomakustannuksia laitteisiin ja infrastruktuuriin. Suurikokoiset SLA-koneet voivat myös olla erittäin tuottavia ja valmistaa osaeriä nopeasti, mutta niiden hintataso on myös korkea. Korkean lämpötilan suurikokoiset FFF-koneet voivat olla edullisempia kuin SLS tai SLA, mutta ne eivät tarjoa samaa tuottavuustasoa kuin kaksi muuta prosessia.
Lopuksi on kysymys siitä, valmistammeko nämä osat sisäisesti vai ulkoistammeko ne toimittajalle valmistettavaksi. Tämä on jälleen keskeinen päätös, ja se edellyttää ohjelman kokonaiskustannusten, toimitusketjun valmiuden, vaaditun tuotannon joustavuuden sekä tuotantoprosessin hallinnan huomioimista.
Päätöksen tekemiseksi meidän oli arvioitava kunkin teknologian edut ja haitat sekä se, ottaisimmeko sen käyttöön sisäisesti vai ulkoistaisimmeko sen toimittajalle.
Tuotannon ulkoistamisen edut, kuten pääomakustannusten puuttuminen ja toimittajan osaamisen hyödyntäminen, jäivät pienemmiksi kuin saatavilla olevien pätevien toimittajien puute, esimerkiksi Cyber Essentials + -akkreditoinnin omaavien toimittajien puute, alhaisempi tuotannonhallinnan taso, hitaampi oppiminen ja hitaammat iteraatiot, koska koneisiin ei ollut pääsyä.
Sekä SLA että SLS edellyttävät suurempia pääomakustannuksia ja haastavampaa integrointia tuotantotiloihin.
SLS ei pystynyt tarjoamaan sopivaa materiaalivaihtoehtoa, joka olisi täyttänyt kaikki vaatimukset ja tarjonnut riittävän luottamuksen suuremman tuotantoprosessin monimutkaisuuden oikeuttamiseksi.
Ison-Britannian toimitusketju PA2241FR-materiaalista valmistetuille SLS-osille ei ollut tuolloin kilpailukykyinen. Sisäistä käyttöönottoa varten prosessi oli liian kallis, emmekä olisi käyttäneet konetta täydellä kapasiteetilla pelkästään näillä osilla. Jos volyymivaatimukset olisivat olleet huomattavasti suuremmat, sisäinen SLS-tuotanto olisi voinut olla kustannuskilpailukykyisempi.
FFF:n pääomakustannukset olivat huomattavasti alhaisemmat kuin muissa vaihtoehdoissa, asennus tuotantotiloihin oli paljon helpompaa, turvallisuusriskejä oli vähemmän ja koulutusvaatimuksia oli täytettävänä vähemmän. Rheinmetall UK:lla oli paljon kokemusta FFF:n käytöstä prototyyppien valmistuksessa suunnittelun tukena. Tämä osaaminen tarkoitti, että FFF:n käyttöönotto loppukäyttöosien tuotantoon oli myös kulttuurisesti ja koulutuksellisesti pienempi haaste.
FFF:n tuottavuus vastasi Rheinmetall UK:n tarvitsemaa tuotantokapasiteettia Challenger 3 -ohjelmassa ja vaati vain vähän tuotantotilaa.
FFF:n heikkoudet tässä käyttökohteessa voidaan vähentää kustannustehokkaasti. FFF ULTEM 9085 -osien täryhionnalla ja maalaamisella voidaan valmistaa laadukas tuote ilman merkittäviä lisäyksiä pääoma- ja kappalekustannuksiin.
Kun kaikkia näitä kompromisseja tarkasteltiin yhdessä, päätettiin, että kanavien tuotannossa Rheinmetall UK:n tulisi noudattaa strategiaa, jossa osat valmistetaan sisäisesti käyttäen FFF teknologiaa ja ULTEM 9085 materiaalia, sillä tämä tarjosi kustannustehokkaimman, joustavimman ja vähäriskisimmän ratkaisun verrattuna muihin tutkittuihin vaihtoehtoihin.
Maailmanlaajuisesti on hyvä valikoima valmistajia, jotka tarjoavat korkean lämpötilan FFF-tulostimia, joilla voidaan valmistaa osia ULTEM 9085:stä. Esivalintaprosessimme aikana arvioimme useiden valmistajien tarjontaa.
Lopulta päätös hankkia miniFactory Ignite perustui seuraaviin tekijöihin:
Laitteen kustannukset vs. tuottavuus – miniFactory Ignite oli yksi edullisimmista laitteista, mutta tarjosi silti suuren rakennustilavuuden ja kilpailukykyisen tuottavuustason.
Rakennusalue – laitteen hintaan nähden miniFactory tarjosi suuren rakennustilavuuden, joka mahdollistaa sarjatuotannon. Tämä tarkoittaa, että voimme vähentää tulostustöiden hallintaan liittyviä työvoimakustannuksia ja hyödyntää enemmän miehittämättömiä tunteja tulostukseen arkipäivisin ja viikonloppuisin.
Turvallisuus – miniFactory-laitteet valmistetaan Suomessa, ja siksi niiden katsottiin aiheuttavan pienemmän kyberriskin kuin joidenkin muiden valmistajien laitteet.
Käyttökustannukset – miniFactory Ignite on avoin järjestelmä, mikä tarkoittaa, että Rheinmetall UK pystyi ostamaan raaka-ainetta suurissa erissä suoraan valmistajalta erittäin kilpailukykyiseen hintaan. Tällä on merkittävä vaikutus kappalekohtaiseen kustannukseen. Lisäksi omistamisen kokonaiskustannukset olivat alhaisemmat. Kulutustarvikkeita tarvittiin vähemmän, esim. uudelleenkäytettäviä rakennusalustoja, pitkäikäisiä suuttimia ja edullinen tukipaketti. Kaikki nämä tekijät alentavat tuotantokustannuksia.
Tuki Isossa-Britanniassa – kaikki tulostinvalmistajat eivät pystyneet tarjoamaan Isossa-Britanniassa toimivaa tukiratkaisua. Tämä on tärkeää, sillä laitteen käyttökatkokset voivat paitsi vaikuttaa tuottavuuteen myös johtaa ohjelman viivästyksiin. 3DGBIRE toimittaa tuen miniFactory lle Isossa-Britanniassa ja sijaitsee vain muutaman tunnin ajomatkan päässä Rheinmetall UK:n Telfordin toimipisteestä.
Koneen hankinta ja asennus olivat vasta ensimmäinen askel tuotantokyvykkyyden kehittämisessä ja optimoinnissa.
Kun kone oli tuotantotiloissa, suunnittelijamme pystyivät oppimaan suunnittelupäätöstensä vaikutuksista ja tekemään nopeasti muutoksia sekä toiminnallisuuden että kustannustehokkuuden parantamiseksi. Pystyimme myös optimoimaan tulostusprofiilit parhaiden tulosten saavuttamiseksi.
3D-tulostuksen optimoinnissa tavanomainen käytäntö on yleensä osien yhdistäminen. Huomasimme, että tässä käyttökohteessa päinvastainen oli totta. Jakamalla osat ja luomalla liitoksia pystyimme vähentämään tarvittavan tukimateriaalin määrää tai jopa poistamaan sen kokonaan. Tämä tarkoitti, että pystyimme tulostamaan osia nopeammin, vähemmällä materiaalilla ja pienemmällä jälkikäsittelyn työmäärällä. Se mahdollisti myös tuottavuusvaatimusten saavuttamisen yhdellä koneella ja toi merkittäviä säästöjä.
Pystyimme optimoimaan eräkohtaisen asettelumme ja määrittämään kyseiseen käyttökohteeseen kustannustehokkaimman jälkikäsittelytavan.
Pääsy koneisiin teki myös ratkaisujen kokeilusta paljon helpompaa, esimerkiksi optimaalisen liitosmenetelmän, yhteensopivien liimojen, osien numerointitapojen, pinnan viimeistelymenetelmien ja maalipintojen osalta. Tämän räätälöidyn ratkaisun kehittäminen toimitusketjussa olisi ollut aikaa vievää ja kallista.
miniFactory Ignite -koneen hankinnan ja tuotantoprosessien kehittämiseksi tehdyn työn jälkeen 3D-tulostus on nyt Challenger 3 -ohjelman kanavien valmistuksen perusratkaisu.
3D-tulostuksen käyttöönotto on mahdollistanut nopean suunnitteluiteraation, jota ei aiemmin osattu kuvitella. Olemme pystyneet osoittamaan, että suunnittelumuutoksia voidaan tehdä ja korvaava osa valmistaa yhdessä päivässä.
Siirtyminen 3D-tulostukseen on tuonut merkittäviä kokonaiskustannussäästöjä, mutta suurin hyöty on kassavirran säästöissä. Valmistamalla tarpeen mukaan osien hankinnan ja varastoinnin kustannuksia on voitu vähentää. Työkalukustannuksia ei ole, eikä suunnittelumuutoksista aiheutuvien merkittävien kustannusnousujen riskiä ole.
Tarpeen mukaan valmistettaessa ei ole riskiä, että osat katoavat tai vaurioituvat varastoinnin aikana, ja jos osat vaurioituvat asennuksen aikana, korvaavat osat voidaan valmistaa nopeasti.
Koneiden pitäminen paikan päällä on nopeuttanut oppimista merkittävästi. “Design for Additive Manufacturing” -osaamisemme on parantunut, mikä on tuonut laadukkaampia tuotteita, parempaa tuottavuutta ja alhaisempia kustannuksia.
3D-tulostuksen käyttöönotto on myös vähentänyt ohjelman kokonaisriskiä, vaikka kyseessä on uusi valmistusprosessi. Kyky reagoida nopeasti muutoksiin minimoi ohjelmaviiveiden ja pitkien hankintasyklien mahdollisuuden.
Lopulta 3D-tulostuksen käyttöönotto loppukäyttöosissa on korostanut suunnittelun optimointia ja valmistuksen kustannustehokkuutta. Valmistuslaitteiden saavutettavuus suunnittelijoille on auttanut merkittävästi.
Tämä projekti on edelleen nopeuttanut Rheinmetall UK:n 3D-tulostuksen käyttöönottoa loppukäyttöosien valmistuksessa. Esimerkiksi sen jälkeen, kun miniFactory otettiin käyttöön polymeerikanavien valmistuksessa, yritys on investoinut Rapidian Metal Paste Deposition -teknologiaan teräksisten ajoneuvokomponenttien valmistamiseksi. On todennäköistä, että tulevaisuudessa yhä useampien komponenttien valmistaminen 3D-tulostuksella tulee kustannuskilpailukykyiseksi.
Julian Wright, Technology Programmes Manager - Rheinmetall BAE Systems Land Ltd
Otsikkokuva: Challenger 3 Main Battle Tank, Ministry of Defence © Crown copyright 2026. Käytetty MOD News Licence -lisenssillä.
"*" näyttää pakolliset kentät
