Säynätsalon sähköasemalla 3D-tulostetaan uusia varaosia

31.1.2020

Säynätsalon sähköasema.

3D-tulostus antaa uusia mahdollisuuksia sähköverkon kunnossapidon varaosatarpeisiin. Hyvä esimerkki löytyy Elenian Säynätsalon sähköasemalta, jossa 110 kV vähäöljykatkaisijoiden rikkoontuneita läpivientiholkkeja on korvattu 3D-tulostetuilla varaosilla.

Sähköasemien kunnossapidosta vastaava Sampsa Kangas Elenialta kertoo, että 3D-tulostetun varaosan hankinta hoitui yhdessä vuorokaudessa ja että sen hinta oli vain promilleja siitä, mikä olisi ollut kokonaan uuden katkaisijan hinta.

Verkkohuoltoyhtiö Empower teetätti tulostuksen alihankintana.

– Varaosa olisi toki voinut löytyä varastosta, tai koko katkaisija oltaisiin voitu vaihtaa uuteen. 3D-tulostus oli kuitenkin nopein ja kustannustehokkain vaihtoehto rikkoontuneen osan korjaamiseen, Kangas toteaa.
  

Alkuperäistä osaa toiminnallisesti parempi

Asentajien kertoman mukaan uusi varaosa on myös toiminnallisesti parempi kuin mitä alkuperäinen olisi ollut, joten myös sähköaseman laitteiston öljyjen ympäristöriski pienenee.

Kankaan mukaan 3D-tulostus on paikallaan etenkin tilanteissa, jossa varaosan hankkiminen kestäisi viikkoja tai kuukausia. Varaosia käyttämällä sähköverkon käyttöikää voidaan jatkaa suunniteltuun investointiin saakka. Pahimpia tapauksia ovat ennalta arvaamattomat vikaantumiset.

– Sähköasemilla sellaisia tapahtuu kuitenkin varsin harvoin, sillä liikkuvia osia on vähemmän kuin esimerkiksi valmistavassa teollisuudessa, Kangas sanoo.

Kyseessä oli halkaisijaltaan 2-3 sentin läpivientiholkki, johon katkaisijan öljylasi kiinnitetään.

– Riskinä on muun muassa asemien alttius säävaihteluille. Asemien komponentteihin saattaa nimittäin kohdistua isojakin mekaanisia rasituksia, jolloin täytyy katsoa, onko 3D-tulostettu varaosa kohteeseen käypä, Kangas pohtii.
  

Kiireessä hyvä apu

Empowerin kunnossapitopäällikkö Otto Norokorpi kertoo, että yhtiö on hyödyntänyt 3D-tulostettuja varaosia muutaman vuoden ajan, varsinkin jos korjaamisella on kiire ja komponentti voidaan tulostaa. Menetelmää on käytetty myös prototyyppien valmistamiseen.

– Nykyään ei ole välttämätöntä investoida varoja isojen varaosavarastojen ylläpitämiseen, vaan varaosia voidaan teettää tarpeen mukaan. Näin varastoinnista ei synny turhia kustannuksia tai kuormitusta ympäristölle, kun valmiit osat menevät suoraan käyttöön, Norokorpi sanoo.

– Asiakkaamme ovat kokeneet arvokkaaksi, että voimme ratkaista ongelman 24 tunnissa.
  

Öljyjen aiheuttama riski eliminoitiin

Norokorpi korostaa, että Säynätsalon sähköasemalla 3D-tulostetulla varaosalla asema saatiin käyttöön huollon yhteydessä suunnitellusti ja samalla voitiin ennaltaehkäistä sähköaseman laitteiston öljyjen ympäristöriskiä.

– 110 kV verkon toiminta oli saatava normaaliksi ennen viikonloppua, ja 3D-tulostetuilla varaosilla huolto saatiin tehtyä tehokkaasti.

Kolme holkkiosaa teetettiin Empowerin kumppanilla 3D Formtechilla Jyväskylässä. Osat mallinnettiin, ja tulostamisen jälkeen ne olivat valmiita noudettaviksi.

Elektroniikkaa on vaikea 3D-tulostaa

Aalto-yliopisto ja Teknologian tutkimuskeskus VTT ovat laatineet varaosien 3D-tulostamista käsittelevänSäynätsalon sähköasema. perusteellisen raportin Digitaaliset varaosat.  1980- ja 1990-lukujen vaihteessa markkinoille tullut tekniikka alkoi yleistyä 2010-luvulla. Kolmen vuosikymmenen ajan 3D-tulostustekniikan käyttö kasvanut joka vuosi keskimäärin noin 30 prosenttia edellisestä vuodesta.

– Uusia sovellutuksia keksitään koko ajan, esimerkiksi uusissa lentokoneissa ja suihkumoottoreissa on paljon 3D-tulostimilla valmistettuja osia – osia voidaan tehdä metalleista, muoveista ja keraameista, tutkimusjohtaja Mika Salmi Aalto-yliopistosta kuvaa.

Edelläkävijöitä ovatkin olleet ilmailu-, avaruus- ja autoteollisuus. On jopa laitteita, joilla pystytään 3D-tulostamaan elektroniikkaa – enimmäkseen kyse on kuitenkin prototyyppien valmistuksesta.

– Elektroniikkapuolella 3D-tulostus ei pysty ainakaan vielä kilpailemaan massatuotannon kanssa. Tekniikka nimittäin soveltuu parhaiten vain yhden materiaalin tulostamiseen, ja elektroniikkatuotteissa on tyypillisesti useita eri materiaaleja, Salmi kuvaa.

Esimerkiksi piirilevy voidaan tulostaa tietyillä prosesseilla, mutta komponentit täytyy latoa paikoillaan samalla tapaa kuin ennenkin.
  

Tiivisteitä on joskus vaikea varastoida

Tekniikka on paikallaan monien tiivisteiden tulostamisessa, joiden varastointi saattaa olla ongelmallista, mikäli ne kelpaavat käyttäviksi pelkästään 5-10 vuotta valmistamisensa jälkeen.

– Vikaantumistilanteessa sopivaa tiivistettä ei välttämättä löydy edes valmistajalta, jolloin joudutaan uusimaan koko laite. Mutta jos tiiviste voidaan valmistaa 3D-tulostimella, niin ongelma on ratkaistu.

3D-helpottaa tuoteväärennösten tekoa. Salmi muistuttaa, että digitaalitekniikalla tuotteen geometria voidaan kopioida, mutta ilman tarkkoja toleransseja tai tarkkoja materiaalitietoja, joten käytössä tällainen tuote voi olla vaarallinen.

– Tietoturvakin on ongelma. Jos tuote tehdään mahdollisimman lähellä loppukäyttäjää, niin miten esimerkiksi data siirretään niin, ettei loppukäyttäjä ala valmistamaan osia omin päin, Salmi pohtii.

Kuka kantaa vastuun tulostuksen jälkeen?

Kun jossakin sähkölaitteessa käytetään 3D-tulostettua osaa, niin onko tämä laite enää EU:n sille asettamien vaatimusten mukainen?

Johtava asiantuntija Mika Toivonen Tukesista sanoo, että vastaus vaatii tapauskohtaista tarkastelua. Varaosia on nimittäin monenlaisia ja eri käyttötarkoituksiin tarkoitettuja. Esimerkiksi sähkölaitteiden korjausliikkeet käyttävät komponentteja, joista he ottavat vastuun.

– Jos laitetta muutetaan siten, että muutos vaikuttaa laitteen vaatimustenmukaisuuteen, muutosten tekijästä tullee uuden valmistaja. Vanhan valmistajan vastuu lakkaa, eikä CE-merkintä ole enää voimassa.  Jos itse tulostaa varaosan omaan sähkölaitteeseensa, on itse vastuussa korjatusta laitteesta, Toivonen toteaa.


Lähteenä käytetty VTT:n ja Aalto -yliopiston raportti Digitaaliset varaosat =>

Artikkeli on julkaistu Sähköala-lehden numerossa 1-2/2020.