Võti, millega on võimalik mootorite ehitamine ja tööomadused järgmisele tasandile on 3D-printimine, seda tänu enneolematule tootmisvabadusele ja -mugavusele. Lühidalt öeldes, printida saab ülimalt keerulisi osasi vähese vaeva ja kuluga. Seetõttu on tormiliselt arenev 3D-printimine ka üks oluline osa järgmisest tööstusrevolutsioonist, võimaldades liikuda masstootmisest hoopis isikustatud toodete valmistamisele, kirjutab Tallinna Tehnikaülikooli elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudi teadur Hans Tiismus.

Isikustatud tootmine omakorda tähendaks paremaid tooteid. Tooteid, mis oleksid kohandatud vastavalt inimeste vajaduste ja soovidele ja samal ajal toodetud tarbijale palju lähemal. Teise maailmaotsa asemel valmistatakse need näiteks siinsamas tänavanurgal, nutikas väiketehases – täpselt selliste omaduste ja just sellises koguses nagu vaja.

Kohalikult prinditud toodetest täie kasu lõikamiseks on hädavajalik, et nendesse oleksid integreeritud ka elektriskeemid ja elektromagneetilised komponendid. Siis saaks toota suhtlevaid ja liikuvaid seadmeid. Selleks aga on vaja samaaegselt printida suure täpsusega mitmeid väga erinevaid materjale. Lisaks korpusele on vaja kasutada näiteks elektrit juhtivat vaske, isoleerivat keraamikat ja magnetvälja juhtivat ferromagneetikut. See on aga päris keeruline ettevõtmine, just nende materjalide tohutult mitmekülgsete omaduste tõttu.

Praegu on printimise tehnoloogia jõudnud nii kaugele, et on võimalik toota korraga ühte materjali, mis oma omadustelt sarnaneb traditsioonilistele parimatele materjalidele. Olgu seda siis tugevuse, kõvaduse, elektrijuhtivuse või magnetiliste omaduste poolest. Kihtlisandustehnoloogiaga saavutatud materjalide kõrge kvaliteet on suurepärane tulemus, millesse oleme andnud oma panuse ka Tallinna Tehnikaülikoolis.

Oma doktoritöös keskendusin pehmete magnetmaterjalide printimise eripäradele. Kui tööd alustasin, oli valdkond veel kahtlemata lapsekingades. Kolleegid üle maailma olid teinud magnetmaterjalide või elektrimootorite komponentide printimisel vaid mõne üksiku katsetuse. See tingis vajaduse luua kindel alus metoodilisele arusaamisele ja printimisalastele teadmistele, millele saaks tulevikus rajada topoloogiliselt optimeeritud elektrimasinate ja nende komponentide kihtlisandustootmise alase töö.

Nüüd oleme jõudnud materjali ja protsessi parendamisega nii kaugele, et oleme Tallinna Tehnikaülikoolis jõudnud reaalsete töötavate prinditud prototüüpideni, mis on maailmas ainulaadsed. Nimelt on need maailma esimesed täielikult 3D-prinditud magnetosadega elektrimasinad, mille tööomadused mõõdeti ja avaldati seejärel teaduskirjanduses.

Meie edasine töö on suunatud elektrimasinate ehituse arendamisele. Seoses printimise tootmisvabadusega on tekkinud tohutu hulk uusi, enneolematuid võimalusi mootorite tööomaduste parendamisele. Seda läbi keerukamate vormide ehk topoloogiate kasutuselevõtule masinate ehituses. Näiteks jahutuskanalite süsteemi lisamisega masinasse, kolmes ruumimõõtmes vormitud magnet- ja elektrijuhtidega või uudsete prinditud komposiitmaterjalidega.

Arvatavasti suudame juba lähiaastatel printida mootoreid, mille efektiivsus, erivõimsus või kasutustäpsus ületavad traditsioonilisi analooge.

Võttes arvesse praegust tormilist arengut valdkonnas, ei oleks üldse üllatav, kui esimesed eriotstarbelised 3D-prinditud masinad saaksid selle aastakümne sees lõpptarbijale kättesaadavaks. Loomulikult seab piirangud laiemaks kasutuselevõtuks printimistehnoloogia areng – praegu on metalliprintimine veel suhteliselt kulukas protsess. Samas kümme aastat tagasi oli ka plastikute printimine eksootiline ja ebatavaline, kuigi nüüdseks on see pea igale huvitundjale taskukohane.

Arvame, et sama juhtub metallide 3D-printimisega ja see keeraks kogu senise tootmisloogika pea peale. Inimesed saaksid kas ise kodus või nutikates tehastes valmistada täpselt seda, mida vaja ja täpselt nii palju kui vaja. Loodame, et kihtlisandustehnoloogiast ja sellel põhinevate elektrimasinate arendamisest saab Eesti inseneeria ja tehnikateaduse uus edulugu ning jätkame selle nimel töötamist.

Artikkel ilmus Eesti Teaduste Akadeemia korraldatava konkursi "Teadus 3 minutiga" raames, mille pidulik finaal toimub 3. veebruaril.

Hans Tiismus lõpetas äsja Tallinna Tehnikaülikooli elektroenergeetika ja mehhatroonika doktoriõppe. Doktoriõppe raames uuris ta, milliseid uusi võimalusi avab metallide 3D-printimine elektrimootorite ehituses ning kuidas saavutada parimad omadused prinditud magnetsüdamikes. Hansule meeldib ülikoolis töötada, sest iga päev on uued küsimused ja uued mõtted – kunagi ei ole üksluine.