3D-tulostus eli kolmiulotteinen tulostus tarkoittaa virtuaalisen mallin muuttamista fyysiseksi esineeksi 3D-tulostimen avulla. Ennen varsinaista tulostamista täytyy siis luoda tietokoneella 3D-malli tai käyttää valmista mallia. Mallin voi luoda myös 3D-skannauksella. Tulostusmateriaalina voi käyttää esimerkiksi muovia, metallia, keraamia, betonia tai lasia. Tällä sivulla on esiteltu muovi, lasi, betoni sekä lisäksi uusi materiaali geopolymeeri, koska ne ovat potentiaalisimmat materiaalit käytettäväksi projektimme lasipölyn kanssa 3D-tulostuksessa.

Materiaali johdetaan tulostuspäähän esimerkiksi nauhana tai jauheena ja tulostuspää sulattaa tai liuottaa sen nesteeseen. Liukeneva materiaali suihkutetaan tulostinalustalle, jossa se kovettuu haluttuun kohtaan ohuina kerroksina. 3D-tulostin siis tulostaa mallin kerroksittain aloittaen pohjasta ja lisäten aina uuden kerroksen edellisen päälle, kunnes kappale on valmis. Jos kappaleessa on kerroksia, jotka tulostuisivat tyhjän päälle, tulostusohjelma laskee sopivat tukirakenteet ja tulostaa ne. Nämä tukirakenteet poistetaan kappaleesta tulostuksen jälkeen. (Lähde: https://aipworks.fi/3d-tulostus/tietoa/3d-tulostuksen-toimintaperiaate/.)

Muovi on ehkä yleisin 3D-tulostuksessa käytetty materiaali. Muovin tulostus ei vaadi kovin suuria lämpötiloja (joitakin satoja asteita), joten sitä on helpompi tulostaa kuin esimerkiksi lasia. On olemassa monenlaisia muovilaatuja, joita voidaan käyttää 3D-tulostuksessa. Yleisimmät näistä ovat PLA (polylactic acid) ja ABS (akryylinitriilibutadieenistyreeni). PLA on hajuton eikä se väänny. Lisäksi se on ympäristöystävällisempi verrattuna muihin muovilaatuihin, sillä se vaatii vähemmän energiaa prosesseihin. ABS on hyvä sellaisten kestävien osien tulostukseen, joiden pitää kestää korkeita lämpötiloja. ABS on joustavampaa kuin PLA. (Lähde:https://www.an-cadsolutions.fi/3d-laitteet-ja-materiaalit/filamentit/.)

On olemassa myös lasivahvistettua polyamidia, jota käytetään 3D-tulostusmateriaalina. Sillä on hyvät jäykkyysominaisuudet ja hyvä lämmön- ja rasituksenkesto. Lasivahvistettu polyamidi mahdollistaa hyvän pintalaadun ja tarkat yksityiskohdat. (Lähde: https://3dformtech.fi/materiaalipankki/#materiaalit-muovi.)

Lasin 3D-tulostus on haastavaa, koska lasi vaatii sulaakseen yli tuhannen asteen lämpötilan. Teknologiaa on kuitenkin kehitelty maailmalla vuodesta 2015 eri tahojen toimesta. Esimerkiksi Massachusetts Institute of Technology kehitti ainakin vielä vuonna 2019 omaa lasin 3D-tulostusprojektiaan. (Lähde: https://ceramics.org/ceramic-tech-today/glass-1/3d-printed-glass-where-are-we-now.) Australiassa Maple Glass Printing-niminen yritys kehittää teknologiaa ja prosessia, jossa lasijätettä voitaisiin vähentää käyttämällä sitä 3D-tulostuksen raaka-aineena (Lähde: https://www.mapleglassprinting.com/about).

Myös betonia on mahdollista 3D-tulostaa. Fimatec Oy ideoi vuonna 2017 betonielementtitulostimen, jolla pystyisi tarvittaessa tulostamaan talon suoraan tontille. Projekti kuitenkin loppui, koska tulostukseen käytettävästä betonimassasta ei saatu riittävän tasalaatuista. (Lähde: https://yle.fi/uutiset/3-10638320.) Hollannin Eindhoveniin oli tarkoitus valmistua 3D-tulostettu talo vuonna 2019. Milestone-hankkeen tavoitteena on tulostaa viisi taloa. Ensimmäisessä talossa kattorakenteet olisivat puisia, lopuissa kaikki osat tulostettaisiin. (Lähde: https://www.saint-gobain.fi/uutiset/uusi-tapa-rakentaa-3d-tulostettu-koti-syntyy-nopeasti-ja-ekologisesti.) Eindhovenin betonin 3D-tulostuslaitos on Euroopan ensimmäinen kaupallinen, teollisuusmittakaavainen betonin 3D-tulostuslaitos. Se on avattu vuonna 2019 ja sen ensimmäinen tilaus oli neljä polkupyöräsiltaa Pohjois-Hollantiin. (Lähde: https://innovationorigins.com/europes-first-industrial-3d-concrete-printing-facility-is-located-in-eindhoven/.)

Lappeenrannan kaupunki puolestaan käynnisti vuonna 2017 LUT-yliopiston ja paikallisten yritysten kanssa tutkimus- ja kehityshankkeen, jossa tutkitaan geopolymeeripohjaista, betonin kaltaista kiertotalouden materiaalia, josta voisi valmistaa rakennustuotteita 3D-tulostamalla. Geopolymeerikomposiitti on betonimainen aine, jota syntyy esimerkiksi teräs- ja kaivannaisteollisuuden pii- ja alumiinipitoisesta sivuvirrasta tietyissä korkean pH:n olosuhteissa. Lappeenrannassa kokeiluja on tehty rikastushiekkamineraaleilla, jotka ovat jauhemaisia mineraaliseoksia, jotka luokitellaan EU:ssa jätteeksi. Kokeiluja 3D-tulostuksesta on tehty. Menetelmällä voisi valmistaa esimerkiksi rakennuselementtejä tai kadunkalusteita kuten istuimia. (Lähde: https://www.rakennuslehti.fi/2019/08/lappeenrannassa-kehitetaan-uudenlaisia-kiertotaloustuotteita-kaupunki-sopinut-jo-sadan-metrin-meluvallista/.)

Lasivahvisteista 3D-tulostusmateriaalia on jo olemassa, joten lasipölyä voisi yrittää käyttää tähän tarkoitukseen. Jos Maple Glass Printingin kaltainen lasijätettä hyödyntävä 3D-tulostus yleistyisi tulevaisuudessa, voisi myös lasipölyä yrittää käyttää tulostusmateriaalina. Tällä hetkellä lasin 3D-tulostuksen kehitys on kuitenkin vasta alussa, joten hyödyntämismahdollisuus on lähinnä teoreettinen. Myös 3D-tulostus betonista ja geopolymeereistä teollisessa mittakaavassa on vasta kehitysvaiheessa, joten on vaikea arvioida, miten lasipöly soveltuisi tulostusmateriaaliksi. Lasipölyä voisi esimerkiksi yrittää sitouttaa betonitulostusmassaan tai käyttää geopolymeerin materiaalina. Tasalaatuisuus voi kuitenkin osoittautua ongelmaksi tässäkin tapauksessa, koska lasipölyä ei synny kovin suuria määriä kerrallaan. Tällaiselle kierrätysmateriaalille voisi tietenkin yrittää löytää sellaisen käyttökohteen, jossa tasalaatuisuus ei ole yhtä merkittävässä roolissa kuin esimerkiksi rakennuksen elementeissä.