Euroopan unioni Vipuvoimaa EU:lta

Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) rahoittaman hankkeen kuvaus

1 Hanke

Hankekoodi: A77901

Hankkeen nimi: Huippuosaamisella maailmalle - Lisää vientiä metallien 3D-tulostuksella (M3D)

Toimintalinja: 8. REACT-EU:n EAKR-toimenpiteet

Erityistavoite: 12.2. Tutkimus- ja innovaatiotoiminnan kehittäminen erityisesti digitalisaation edistämisen ja yhteiskunnan hiilineutraalisuustavoitteen toteutumisen näkökulmasta

Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.6.2021 ja päättyy 30.6.2023

Toiminnan tila: Toiminta päättynyt

Vastuuviranomainen: Pohjois-Pohjanmaan liitto

2 Hakijan perustiedot

Hakijan virallinen nimi: Oulun Yliopisto

Organisaatiotyyppi: Yliopisto

Y-tunnus: 0245895-5

Jakeluosoite: PL 8000

Puhelinnumero: 0294 480 000

Postinumero: 90014

Postitoimipaikka: Oulun yliopisto

WWW-osoite: http://www.oulu.fi

Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Järvenpää Antti

Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Tutkimusjohtaja

Yhteyshenkilön sähköpostisoite: antti.jarvenpaa(at)oulu.fi

Yhteyshenkilön puhelinnumero: 0406720544

Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:

Osatoteuttajat

3 Suunnitelman mukainen tiivistelmä toteutuksesta

Hankkeen tavoitteena on Pohjois-Pohjanmaan pk-yritysten kansainvälistymisen ja viennin edistäminen sekä kilpailukyvyn ja liiketoiminnan vahvistaminen digitalisaatiota hyödyntävän tuotanto-osaamisen lisäämisellä ja verkostoitumisella. Hankkeen käytännön tavoitteena on mahdollistaa pk-yritysten kyky valmistaa ja valmistuttaa laadultaan varmennettuja 3D-tulostettuja tuotteita parhaalla mahdollisella valmistustekniikalla. Hankkeen uutuusarvo on uusissa kaupallisissa digitaalisen valmistukseen perustuvissa menetelmissä, mutta myös 3D-tulostuksen laadun määrityksessä ja laadunvarmistusprosessin luomisessa sekä aktiivisessa, verkostoituneessa yhteistyössä. Yhteistyön ja tutkimustulosten tehokkaaseen alueelliseen hyödyntämiseen kehitetään uusi toimintamalli tutkimusryhmän ja seutukunnan kanssa. Hankkeen toteuttaa Oulun yliopiston tulevaisuuden tuotantoteknologiat (FMT) tutkimusryhmä sekä Nivala-Haapajärven seutu (Nihak).

Metallin 3D-tulostus on yksi voimakkaimmin yleistyvistä metallituotteiden valmistusmenetelmistä ja on osa digitaalisen valmistuksen “vallankumousta”. Globaalissa vertailussa Suomi on kuitenkin jäänyt alan kehityksessä jälkeen. Tämä näkyy käytössä olevien tulostuslaitteiden alhaisena käyttöasteena, kehittyneiden tuotteiden puuttumisena sekä heikkona vientinä. Suomessa on käytössä noin 50 jauhepetimenetelmään perustuvaa metallien 3D-tulostuslaitetta, joista 3 (6%) sijaitsee Pohjois-Pohjanmaan alueella ja vain 1 on aktiivisessa kaupallisessa tuotannossa. Jauhepetimenetelmä on myös globaalissa vertailussa selvästi käytetyin noin 85 % markkinaosuudella, mutta vaihtoehtoiset menetelmät kasvattavat nopeasti markkinaosuuttaan.

Hanke tarjoaa alueen yrityksille mahdollisuuden vertailla eri tulostusmenetelmien suorituskykyä, laatua ja kilpailukykyä ensimmäisenä Suomessa, sillä edellä mainittuja vaihtoehtoisia valmistusmenetelmiä ei tutkita aktiivisesti tai lainkaan Suomessa. Alueen yrityksiin viedään aktiivisesti tietoa ja yritykset voivat hyödyntää hankkeen tuottamaa tietoa toiminnassaan uusien avauksien käynnistämiseksi ja liiketoiminnan kehittämiseksi. Tämä antaa Pohjois-Pohjanmaan yrityksille merkittävän kilpailuedun ja toimii kasvua ja vientiä edistävästi. Eri menetelmien kilpailukykyä ja saavutettavaa laatua tutkitaan ja demonstroidaan eri tuotealueilla yleisellä tasolla aina hienomekaniikasta raskaan teollisuuden tarpeisiin sovelluskohtaisesti. Tutkimustuloksista luodaan digitaalinen tietopankki yritysten hyödynnettäväksi sekä laadunvarmistusprosessi tulevien tuotteiden ja prosessien varmentamiseksi.

FMT-ryhmä on valmistellut käyttöönsä moderniin MIG/MAG –tekniikkaan (WAAM) perustuvan suorakerrostussolun suurien kappaleiden tulostamiseen ainoana Suomessa. Hanketta valmisteltaessa on keskusteltu uutta tekniikkaa kehittävien ja valmistavien yritysten kanssa kuten Maker3D (Suomi), ExOne (USA), Meltio (Espanja-USA) ja Precitec (Saksa) kanssa. Eri laitevalmistajien laitteistot ovat hankkeen hyödynnettävissä tapauksesta riippuen joko veloituksetta tai kilpailutuksen kautta ostopalveluna. Lisäksi valmistelussa ovat olleet mukana kansainväliset yliopistot (BOKU, Aachen, DTU, Munchen, jne) ja Vanguard initiativen 3DP verkosto sekä kotimainen FAME-ekosysteemi.

4 Hankkeen kohderyhmät

4.1 Varsinaiset kohderyhmät

Hankkeen varsinaisena kohderyhmänä ovat metalli- ja konetekniikan alan TKI-yhteisöt ja kehittämisyhteisöt, joiden kautta hankkeen tuloksia pääsevät hyödyntämään myös alueen yritykset sekä alalla toimivat alueen ulkopuoliset yritykset. Teollisuutta palvelevaan TKI-yhteisöön kuuluu etenkin Oulun yliopiston FMT-ryhmän kotimaiset ja kansainväliset verkostot sekä kunnallisista yrityskehitys- ja palveluorganisaatioista (Nihak, BusinessOulu, jne). Yhteistyö kotimaisen 3D-tulostukseen keskittyvän FAME3D-ekosysteemin kanssa liittää myös alueen pk-yritykset kansalliseen TKI-verkostoon ja tuleviin hankehakuihin.

4.2 Välilliset kohderyhmät

Hankkeen välilliset kohderyhmät ovat Pohjois-Pohjanmaan kunnat ja kaupungit, niiden alueella asuvat ihmiset sekä alueella olevat muut yritykset ja teollisuus sekä kaikkia näitä tukevat organisaatiot. Hanke toimii kansallisena suunnannäyttäjänä ja alustajana tuleville suuremmille aiheeseen liittyville projekteille (esim. FAME3D-ekosysteemin Business Finland hankkeet sekä Oulun yliopiston Suomen Akatemian hankkeet) ja antaa näin alueelle etulyöntiasemaa edelläkävijänä. Hyvät esimerkit ja toimintatavat nopeuttavat tutkittujen teknologioiden ja prosessien leviämistä kansallisesti laajemmin. On vahvasti perusteltua, että hankkeen tulokset tulevat herättämään myös kansainvälistä huomioita ja sitä kautta hankkeella on myös maailmanlaajuisia vaikutuksia. Välillisenä kohderyhmänä ovat myös alueella toimivat ammattikorkeakoulut sekä ammatilliset oppilaitokset.

5 Projektin julkinen rahoitus, euroa

Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 346 560

Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 346 560

Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 381 200

Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 381 200

6 Maantieteellinen kohdealue

Maakunnat: Pohjois-Pohjanmaa

Seutukunnat: Oulun, Nivala-Haapajärven

Kunnat: Oulu, Kärsämäki, Pyhäjärvi, Reisjärvi, Haapajärvi, Nivala

Toteutuspaikan osoite, jos hanke toteutetaan yhdessä paikassa

Jakeluosoite: Pajatie 5

Postinumero: 85500

Postitoimipaikka: Nivala

7 Hakemusvaiheessa ilmoitettavat arviot hankekohtaisista seurantiedoista

7.1 Uusien työpaikkojen määrä (kysytään vain erityistavoitteisiin 1.1, 2.1 ja 3.1 kuuluvissa hankkeissa)

Suunniteltu: 0, joihin työllistyvät naiset 0

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joihin työllistyvät naiset 0.00

7.2 Uusien yritysten määrä (kysytään vain erityistavoitteeseen 1.1 kuuluvissa hankkeissa)

Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joista naisten perustamia 0.00

8 Horisontaaliset periaatteet

8.1 Sukupuolten tasa-arvo

Hankkeessa on tehty toimintaympäristön analyysi sukupuolinäkökulmasta: Kyllä
Toimintaympäristö on hyvin miesvaltainen kuten edelleen on tilanne teknisillä tieteenaloilla ja työmarkkinoilla. Tutkimusryhmässä naisten osuus henkilökunnasta on vaihdellut 12 %:sta (v2014) 22 %:n (v2013). Valtakunnan tasolla viimeisimpien saatavilla olevien tilastojen mukaan tutkimus- ja tuotekehityshenkilökunnasta metallituotteiden, koneiden ja laitteiden sekä kulkuneuvojen valmistuksessa noin 10% oli naisia. (http://www.stat.fi/til/tkke/2012/tkke_2012_2013-10-31_kat_002_fi.html) Analyysissä on tilastojen ja paikallisen arvioinnin lisäksi hyödynnetty Oulun Yliopiston tasaarvosuunnitelmaa (http://www.oulu.fi/tasaarvo/tasa-arvosuunnitelma.html) sekä toimialan (metalli- ja konepajateollisuus) eri liittojen tasaarvo-ohjelmia (mm. Metalliliitto, Akava ja Teknologiateollisuus).
Sukupuolinäkökulma on huomioitu hankkeen toiminnassa (valtavirtaistaminen): Kyllä
Hankkeen toiminnassa sukupuolinäkökulma on huomioitu mm. ohjausryhmän kokoonpanon laatimisessa, jossa on pyritty mahdollisimman tasa-arvoiseen edustukseen. Valtavirtaistamisessa osansa on myös Oulun Yliopiston tasa-arvosuunnitelmalla (http://www.oulu.fi/tasaarvo/tasa-arvosuunnitelma.html).
Hankkeen päätavoite on sukupuolten tasa-arvon edistäminen: Ei
Päätavoite hankkeessa on varsin tekninen, joten se ei ole sukupuolten tasa-arvon edistäminen. Tästä huolimatta hankkeessa otetaan huomioon valtavirtaistaminen.

8.2 Kestävä kehitys

VälitönVälillinen
Ekologinen kestävyys
Luonnonvarojen käytön kestävyys 3 5
3D-tulostaminen on ainetta lisäävää valmistusta ja nimensä mukaisesti päinvastainen toimenpide verrattuna moniin perinteisiin menetelmiin kuten koneistamiseen, jossa materiaalia poistetaan halutun kappaleen muodot saavuttamiseksi. Tulostamalla valmistuksen materiaalihukka saadaan lähelle nollaa, joka luonnollisesti johtaa luonnonvarojen käytön minimointiin. Tämän lisäksi tulostettavaksi suunniteltu kappale voidaan aina optimoida painon ja tilavuuden suhteen sillä menetelmä mahdollistaa vapaamman suunnittelun. Tällä tavalla syntyy vielä lisää materiaalisäästöä perinteisiin menetelmiin verrattuna. Nämä ovat suoria vaikutuksia joiden lisäksi välillisesti tulosteiden käytöllä voidaan edistää energiatehokkuutta useilla eri tavoilla. Painon pudotus kaikissa liikkeessä olevissa kappaleessa johtaa pienentyneeseen energiankulutukseen ja luonnonvarojen säästöön.
Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen 4 6
Edellisessä kohdassa kuvatulla tavalla voidaan tulosteita hyödyntämällä vaikuttaa energiankulutukseen kaikessa liikkuvassa - mukaanlukien liikenteessä - ja näin painonsäästöllä voidaan auttaa vähentämään hiilidioksidipäästöjä, joilla on tutkitusti suora yhteys ilmastonmuutokseen.
Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus 0 0
Hanke on kasvillisuuden, eliöitten ja luonnon monimuotoisuuden kannalta neutraali.
Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) 3 5
Aiemmin kuvatun kaltaisesti ainetta lisäävällä valmistuksella voidaan vähentää kasvihuonekaasujen määrä, kun kappaleiden muoto voidaan optimoida ja painoa pudottaa. Pinta- ja pohjavesien sekä maaperän kannalta hanke on neutraali.
Natura 2000 -ohjelman kohteet 0 0
Hankkeella ei arvioida olevan vaikutusta Natura-alueisiin.
Taloudellinen kestävyys
Materiaalit ja jätteet 7 3
Ainetta lisäävällä valmistuksella käytettävä raaka-aine voidaan hyödyntää lähes täysin ja lisäksi valmistusmenetelmän ominaisuus on, että se ei tuota lähes lainkaan materiaalihukkaa eli jätettä. Materiaalitehokkuus on ainetta lisäävällä valmistusmenetelmällä omaa luokkaansa verrattuna materiaalia poistaviin menetelmiin. Syntyvä vähäinenkin määrä jätettä voidaan kierrättää täysin kuten muukin teräs, jonka kierrätysaste on erinomainen yleisestikin.
Uusiutuvien energialähteiden käyttö 0 4
Ainetta lisäävän valmistuksen käytön yleistyessä sillä voidaan epäsuorasti auttaa uusiutuvien energialähteiden hyödyntämisessä, kun perinteisin menetelmin valmistettuja komponentteja voidaan korvata uudelleensuunnitelluilla ja paremmilla ominaisuuksilla varustetuilla komponenteilla.
Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen 5 4
Ainetta lisäävä valmistus on vielä varsin tuore valmistusmenetelmä ja sen hyödyntäjiä valmistuksessa varsin vähän, mutta menetelmä yleistyy jatkuvasti. Valmistaminen ei ole paikkaan sidottu sillä suunnittelu voidaan tehdä missä vain ja myös tulostin voidaan helposti sijoittaa monenlaisiin tiloihin. Tämän ansiosta sitä voidaan ottaa käyttöön myös paikallisessa tuotannossa, mikä samalla monipuolistaa paikallista elinkeinorakennetta.
Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen 4 3
Ainetta lisäävän valmistuksen tehokas hyödyntäminen vaatii uudentyyppistä ajattelua suunnitteluun. Hankkeen tuloksena syntyy uutta tietoa suunnittelun tueksi ja se mahdollistaa myös uuden liiketoiminnan kehittämisen suunnittelun pohjalta.
Liikkuminen ja logistiikka 3 5
Paikallista tuotantoa on mahdollisuus merkittävästi kasvattaa hyödyntämällä ainetta lisäävää valmistusta. Sen voimistuessa sillä on positiivinen vaikutus myös logistiikkaan, kun tuotteita voidaan valmistaa tarpeeseen paikallisesti. Samalla se myös edistää vähähiilisyyttä.
Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus
Hyvinvoinnin edistäminen 5 5
Ainetta lisäävällä valmistuksella on jo vahva jalansija lääke- ja hammaslääketieteessä, jolloin sillä on suoraan vaikutus ihmisten terveyteen ja hyvinvointiin. Menetelmä mahdollistaa asiakkaan mitoille räätälöidyt "varaosat" minkä ansiosta se on yleistynyt mainituilla aloilla.
Tasa-arvon edistäminen 0 0
Neutraali vaikutus
Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus 0 0
Neutraali vaikutus
Kulttuuriympäristö 0 0
Neutraali vaikutus
Ympäristöosaaminen 5 4
Hanke vaikuttaa ympäristöosaamiseen positiivisella tavalla luomalla yrityksille uutta tietoa menetelmistä, joita voidaan hyödyntää vähähiilisten tuotteiden suunnitteluun.

9 Loppuraportin tiivistelmä

“Huippuosaamisella maailmalle - Lisää vientiä 3D-tulostuksella” (M3D) -hankkeessa edistettiin Pohjois-Pohjanmaan pk-yritysten kansainvälistymistä ja vientiä sekä vahvistettiin niiden kilpailukykyä ja liiketoimintaa lisäämällä tuotanto-osaamista ja alan verkostoitumista. Hanke tuotti monipuolisesti tietoa metallin 3D-tulosteiden, erityisesti jauhepetimenetelmän, laatuun ja sen parantamiseen liittyen sekä katsauksen myös muiden metallitulostusmenetelmien erityispiirteisiin ja ominaisuuksiin, jotta yrityksillä olisi paremmat valmiudet valita sopiva tulostusmenetelmä sovelluskohteen mukaan.

Hanke tarjosi alueen yrityksille mahdollisuuden vertailla eri tulostusmenetelmien suorituskykyä, laatua ja kilpailukykyä ensimmäisenä Suomessa, sillä vaihtoehtoisia valmistusmenetelmiä ei oltu tutkittu aktiivisesti tai lainkaan aiemmin Suomessa. Alueen yrityksiin vietiin aktiivisesti tietoa ja yritykset voivat hankkeen jälkeen hyödyntää sen tuottamaa tietoa toiminnassaan uusien avauksien käynnistämiseksi ja liiketoiminnan kehittämiseksi. Tämän toivotaan antavan Pohjois-Pohjanmaan yrityksille kilpailuetua ja toimia kasvua ja vientiä edistävästi.

Hankkeessa tuotettiin tietoa jauhepetimenetelmätulostuksesta yhteensä viidellä eri materiaalilla ja aloitettiin myös hilarakennetutkimus yhteistyössä Costa Rican teknologisen instituutin kanssa, missä tutkitaan titaanista tulostettuja implantteja. Lisäksi tutkittiin jälkikäsittelymenetelmiä tulosteiden laadun parantamiseksi, missä eri kiilotusmenetelmistä ja kuulapuhalluksesta metallitulosteiden käsittelyssä saatiin hyviä tuloksia mm. tuotteiden väsymiskestävyyden parantamisessa. Hankkeessa rakennettiin myös tutkimuskäyttöön WAAM-tulostuslaitteisto, jolla voitiin tulostaa koekappaleita kyseisen menetelmän ominaisuuksien tutkimiseksi ja laadun parantamiseksi. Hankkeessa saadun tiedon perusteella WAAM-menetelmä vaikuttaa ominaisuuksiensa puolesta erittäin lupaavalle erityisesti suurien kappaleiden tulostuksessa.

Hankkeen tuloksena alueen yritykset voivat hyödyntää tuotannossaan näistä menetelmistä saatua tutkimustietoa. Metallitulostukseen liittyvä osaaminen Nivalan tuotantostudiossa on kasvanut uudelle tasolle hankkeen myötä ja sitä siirtyy edelleen alueen yrityksiin raporttien, pidettyjen tilaisuuksien ja suorien yrityskeskustelujen avulla sekä edelleen tulevissa hankkeissa, joihin tämä hanke on luonut erinomaisen pohjan. Hankkeen tuloksena julkaistaan n. 25 kansainvälistä vertaisarvioitua tieteellistä julkaisua.