3D-tulotuksen soveltaminen yksilöllisesti istuvien moottoripyöräkypärien valmistukseen

Abstract

Tämä opinnäytetyö tutkii 3D-tulostamisen soveltamismahdollisuuksia moottoripyöräkypäri-en massavalmistuksessa. Otan selvää, voidaanko 3D-skannaamisen ja 3D-tulostamisen avulla tehdä yksilöllisesti istuvia moottoripyöräkypäriä ja samalla parantaa niiden iskuja vaimentavien sisäkuorien turvallisuusominaisuuksia nykypäivän moottoripyöräkypärien sisäkuoriin verrattuna. Lisäksi otan selvää, mahdollistaako 3D-tulostus moottoripyöräkypä-rien valmistamisen kevyemmin ja edullisemmin, vähentämällä kuorien valmistusmuottien tarvetta ja niistä aiheutuvia muottikustannuksia. Opinnäytetyöni tarkoituksena ei ole tuottaa 3D-tulostettua prototyyppiä vaan selvittää niitä mahdollisuuksia ja vaatimuksia, joita 3D-tulostuksen soveltaminen kypärätuotantoon edellyttäisi. Tämä opinnäytetyö on siis kartoi-tusraportti.

3d-tulostamista tutkin aihetta käsittelevän kirjallisuuden ja internet-lähteiden kautta. Moot-toripyöräkypärien istuvuutta ja käyttäjäkokemuksia kartoitan opinnäytetyön aikana moot-toripyöräkypäriä myyvän liikkeen asiakkailla suoritetun käyttäjätutkimuksen avulla. Lisäksi olen haastatellut suomalaista ammattilaiskuljettajaa sekä suomalaisen, kypäriä maahan-tuovan yrityksen edustajaa. Nykypäivän moottoripyöräkypärien valmistusmenetelmiin ja valmistusperiaatteisiin olen tustustunut haastattelemalla amerikkalaisen moot-toripyöräkypärävalmistajan tuotekehityspäällikköä sekä tutkimalla kansainvälisiä testistan-dardeja. Esittelen opinnäytetyössäni myös pienten toimijoiden turvallisuutta edistäviä inno-vaatioita moottoripyöräkypäräteollisuudessa, jossa kypäriä on valmistettu lähes samalla tavalla jo yli 50 vuotta.

Käyttäjätutkimuksen perusteella samanhintaisten kypärien istuvuuksissa on suuria eroja kuten myös kypäriä ostavien asiakkaiden päänmuodoissakin. 3D-tulostusta hyödyntävästä yksilöllisesti istuvasta moottoripyöräkypäräkonseptista ovat kiinnostuneita niin tavalliset kuluttajat, ammattilaiskuljettajat kuin kypärämaahantuojakin. Kypärävalmistajalla on puo-lestaan esittää lukuisia valmistusteknisiä perusteita, jotka asettavat kypäräkonseptille haasteita. Näistä päällimäisenä 3D-tulostusteknologian aikainen kehitysvaihe sekä vakiin-tuneet nykypäivän valmistusmenetelmät ja infrastuktuuri niiden ympärillä.

3D-tulostuksen kotikäytön suuren läpimurron esteenä ovat tällä hetkellä vaikeakäyttöiset 3D-mallinnusohjelmat, jotka on suunniteltu teollisuuden ammattilaisille ja vanhanaikaisille valmistusmenetelmille. Tarvitaan helppokäyttöisiä 3d-ohjelmia, jotka on optimoitu 3D-tulostuksen tarpeisiin, ja jotka toimivat enemmän kotikäyttäjien luovuuden kuin ja 3D-osaamisen varassa. Muotoilijoiden ei tarvitse odotella 3d-tulostuksen läpimurtoa, sillä heiltä löytyy jo riittävä osaaminen nykyisten 3D-ohjelmien käyttämiseen.

Tutkimuksen perusteella voidaan esittää seuraavaa: 3D-tulostamista hyödyntävien, yksilöl-lisesti istuvien kypärien massavalmistus ei ole kaupallisesti perusteltua juuri tällä hetkellä. Suurilla kypärävalmistajilla olisi tietotaito ja parhaat taloudelliset edellytykset lähteä kehit-tämään 3D-tulostusta osana kypärien massavalmistusta. He ovat kuitenkin panostaneet nykyisiin valmistusmenetelmiin siinä määrin, että tuskin lähtevät eturintamassa tutkimaan 3D-tulostuksen mahdollisuuksia. Pienemmät yritykset, yksittäiset suunnittelijat ja insinöörit ovat tähän mennessä olleet keksimässä uusia turvallisuutta parantavia kypäräinno-vaatioita, jotka suuret valmistajat ovat valjastaneet käyttöönsä. Näin käy todennäköisesti myös 3D-tulostusta hyödyntävien kypärien kohdalla.

3D-tulostuksen kehitystä ennustavien skenaarioiden perusteella on odotettavissa, että 10, 20 tai 30 vuoden päästä moottoripyöräkypärätkin valmistetaan suurella todennäköisyydellä kokonaan tulostamalla. Tutkimuksen alusta asti 3D-tulostuksen valjastamisessa moottori-pyöräkypärien massavalmistukseen suurimpana epävarmuustekijänä on ollut 3D-tulostuksen teknologiset puutteet tällä hetkellä. Tästä opinnäytetyöstä kuitenkin ilmenee, että 3D-tulostuksen sovittaminen kypärien valmistukseen koostuu tulostusteknologian ke-hityksen lisäksi monista tekijöistä kuten suunnittelutavoista, rakenteista, ja uudesta toimin-taympäristöstä, joita voidaan lähteä kehittämään jo tässä vaiheessa. Aikaisin liikkeelle läh-teminen toisaalta nopeuttaa 3D-tulostuksen kehitystä, mutta saattaa myös synnyttää yllät-täviä ratkaisuja, joita voidaan mahdollisesti hyödyntää muilla moottoripyöräajovarusteiden tai teollisuuden osa-alueilla.

The subject of this thesis is Applying 3D-printing Technology In Custom Fit Motorcycle Helmet Manufacturing. The purpose of this thesis is to find out, whether or not 3D printing could be used in mass manufacturing of custom fit motorcycle helmets. The thesis also studies if 3D printing could improve the safety of motorcycle helmets but also reduce the costs and time of the currently expensive and energy consuming helmet manufacturing process.

For this thesis, I have studied the fit of current motorcycle helmets by an interview of a professional enduro rider Juha Salminen but also in a user study that was performed on clients of a motorcycle helmets selling store. In the user study, I also introduced the users with an idea of 3D printed custom fit helmet consept, to find out their initial opinions and interest. I also interviewed a Finnish importer of motorcyle helmets about the possibilities of such helmet consept.

To study international helmet standards, I gathered information from online articles and web pages of each of the helmet standards. To get a helmet manufacturers perspective on standards and information about current motorcycle helmet manufacturing methods, I interviewed a director of engineering of an American motoricycle helmet company 6D. In-formation about 3D printing and its possibilites, I have gathered from literature and web articles.

The study and interviews reveal, that there indeed is a demand for custom fit helmets, on which people are also willing to pay a little bit of extra. Users, professional rider and the importer all were interested in the consept. However, from the helmet manufacturers side, plenty of challenges for the consept were stated. Main reasons being the current early stage of 3D-printing technology but also the current helmet manufacturing methods and the infrastructure that are well established in the helmet industry.

In this thesis I have also presented examples of the most recent helmet safety innovations that have had impact on the whole helmet industry, where helmets have been done more or less the same way for more than 50 years. An individual engineer, a designer and a small company are behind these innovations, on which the bigger helmet companies have taken notice only now. This might be the case as well in applying 3D printing for motorcy-cle helmet mass-manufacturing.

From the beginning of this thesis, the main challenge in the way of applying 3D printing in helmet mass-manufacturing process, has been the current state of 3D-printing technology. The materials, at the moment are too expensive and the current 3D-programs are de-signed mainly to industrial professionals and current manufacturing methods, not for em-bracing creative design and 3D printing.

The scenarios presented about 3D printing show, that most likely in 10 to 20 or 30 years, most products, including motorcycle helmets are manufactured entirely by 3D printing. This requires leaps and bounds of development in the 3D printing technology. However, this study shows that applying 3D printing in motorcycle helmet manufacturing is about more than just the 3D printing technology. It is about thinking new ways of designing and manu-facturing products, finding better constructions that are optimized for their strength, elastic-ity and for the amount of the material being used. It is also about changing the attitudes. As designers with the know-how of current 3D programs and 3D printing technology, we can start working on those matters right away. We can start finding new constructions and doing test samples with the current 3D programs and 3D printers. This way we not only accelerate the development of 3D printing, but might also find solutions that can possibly be used in motorcycle helmet manufacturing or in any other industry.