Vad är 3D-Printing?

3D-Printing (Additiv Tillverkning) är en typ av tillverkningsteknik som har enorma möjligheter. Tekniken är i snabb utveckling och ger redan fördelar och nya möjligheter inom mängder av olika branscher och applikationer:

Industridesigners, ingenjörer och produktutvecklare tar fram prototyper för att spara tid och pengar på vägen till färdig produkt.

Kirurger / sjukvården använder 3DP för att förbättra operationer med kirurgiska guider.

Stadsplanerare och arkitekter använder 3DP för visualisering, förtätningsanalyser och kommunikation.

Forskare använder 3DP för att kunna göra nya typer av experiment som annars hade varit omöjliga eller väldigt svåra att genomföra.

Elever, lärare och skolor använder 3D-teknik för kreativt skapande, lärande och för att växa fram nästa generations digitala konstruktörer.

Konstnärer kan skapa helt nya former och uttryck med den frihet som 3DP-design ger.

Inom flyg- och rymdindustrin sparar man pengar genom att kunna skapa hållfasta maskindelar till lägre vikt och lägre totalkostnad.

Varför och när?

Det finns en rad anledningar att välja 3DP:
• Möjligt att tillverka detaljer som skulle vara fysiskt omöjliga med traditionell teknik
• Man spar material
• Man slipper ifrån verktyg som slits och behöver bytas ut
• Kortare väg från ritning till prototyp

Exempel på användningsområden:
• Produktprototyper
• Arkitektoniska modeller
• Personligt anpassade hjälpmedel
• ”One off”-produkter och mindre serier
• Protestillverkning
• och mycket mycket mer

Kanske det vanligaste användningsområdet är att ta fram prototyper av produkter. Både rent visuella prototyper men även fullt fungerande. Du kanske behöver en apparatlåda till en produkt, då är en 3d-skrivare utmärkt att använda då du snabbt kan prova fram exakt den form du behöver. Beroende på användningsområde och seriestorlek kanske den 3d-utskrivna lådan även fungerar som slutprodukt.

Det tas ständigt fram nya avancerade material för FDM-skrivare såsom gummi, nylon, och träliknande filament. Detta öppnar möjligheter att tillverka prototyper som inte bara matchar en slutprodukt i form men även i viss utsträckning funktion. Man skulle till exempel kunna skriva ut gummi-inlägg till handtag eller lådor. Med nylon kan man skriva ut saker som glidlager och delar som måste kunna böjas kraftigt. Med ett träfilament kan man ge en kund en prototyp som känns lik slutprodukten.

Med avancerade industriskrivare går det till och med att skriva ut produkter i mer än ett material och färg på en gång. Till exempel kan en skotillverkare skriva ut prototyper av nya skor på en dag istället för att vänta lång tid och betala dyra pengar för att producera en sko ”på riktigt”. Man får snabbt fram en prototyp, ändringar kan göras direkt i CAD-mjukvaran och en ny prototyp kan skrivas ut samma eller nästa dag.

Ett annat exempel där 3DP kan spara pengar är inom flygindustrin. Delar kan tillverkas med hålrum för reducerad vikt som leder till minskad bränsleåtgång samtidigt som styrkan i delen bibehålls då man kan optimera delens uppbyggnad. Med traditionella tillverkningsmetoder är man begränsad av att verktyget som bearbetar materialet måste komma åt överallt. Denna begränsning kan man gå runt med 3DP då det inte finns något verktyg som måste komma åt eftersom delen byggs lager för lager.

Material sparas i och med att endast det material som behövs för att tillverka delen används till skillnad mot till exempel en CNC-fräs som, beroende på detalj, producerar en stor mängd spill.

När man tillverkar en detalj rent mekaniskt så betyder det ofta att man måste göra det i flera olika steg, flera olika verktyg och i vissa fall till och med olika maskiner. Med 3DP kan man i det närmsta gå direkt från CAD-modell till produkt/prototyp i ett steg.

3DP är däremot inte lämplig för serietillverkning i de flesta fall om detaljen lämpar sig för serietillverkning såsom formsprutning. Med hjälp av formsprutning kan en plastdetalj tillverkas på några sekunder medan det kanske skulle ta fem timmar att skriva ut. Däremot är prototyper som sagt en bra tillämpning då formsprutningsverktyg är väldigt dyra att tillverka.

Olika tekniker

Nedan har vi listat de vanligaste teknikerna. Det finns även variationer som bygger på samma koncept men för enkelhetens skull har vi generaliserat och delat upp teknikerna i tre huvudgrupper.

 


Materialextrudering


Fused Deposition Modeling (FDM) eller Fused Filament Fabrication (FFF) är två namn på samma teknik där FDM är en märkeskyddad benämning från Stratasys Inc. Denna teknik är den som är vanligast då den är lättillgänglig och väldigt prisvärd och är den teknik som används i de Ultimaker-skrivare vi säljer. Skrivare i denna grupp använder ett filament som matas fram till ett uppvärmt munstycke där det matas ut i tunna trådar som lager för lager bygger upp objektet. Man kan säga att det är en avancerad limpistol.

Denna typ av skrivare är också populär i hobbysegmentet då tekniken är relativt enkel och billig. Samma teknik används dock även i dyra industriella maskiner. Vad som är intressant är att utskriftskvalitén på desktop-maskiner såsom Ultimaker numera ligger i nivå med de profesionella maskinerna och i vissa fall även överträffar dem. Och detta i en formfaktor som passar in i ett vanligt kontorslandskap eller i ett hem. Fördelen med de dyrare maskinerna är att de lättare kan jobba med två material samtidigt vilket gör att de kan använda lösbara material för stödstrukturer. De enklare maskinerna använder oftast samma material både för stödstrukturer (som bryts bort efteråt) och själva produkten. Utvecklingen går dock ständigt framåt och i och med releasen av Ultimaker 3 så är denna uppdelning ett minne blott.

Det finns en mängd olika material att använda för dessa skrivare där de vanligaste är PLA och ABS. Men även mer ”exotiska” material som Nylon, gummi, trä- och metallfyllda filament finns att tillgå. Till och med choklad har använts. Även här har desktop-maskinerna en fördel då man inte är låst till speciella märken eller material. Dessa skrivare är öppna och du kan fritt välja leverantör av material.


Fotopolymerisering


Dessa skrivare använder en flytande ljushärdad polymer som byggmaterial. En vanlig variant är Stereolithography (SLA) där byggplattformen sitter i ett bad av denna vätska som sedan blir belyst uppifrån med antingen en laser eller en projektor. När materialet träffas av ljuset härdar det och blir hårt. Plattformen sänks ner i vätskan och ett nytt tunnt lager vätska sprids ut över toppen på utskriften. Det nya lagret belyses igen och genom att upprepa denna procedur byggs objektet lager för lager.

Efter att objektet byggts färdigt tvättas överflödig vätska bort, stödstrukturer tas bort och sedan härdas delen i en UV-ugn.

Tillverkningsmetoderna i denna grupp kan skapa objekt med en fantastiskt hög upplösning på detaljerna och används till exempel för att producera personanpassade hörapparater. Även smyckesindustrin och tandläkare använder dem.


Sammanbindning av pulver


SLS kan hantera en mängd olika material, även metaller. Just möjligheten att använda metaller har gjort att bland annat flygindustrin fått upp ögonen för tekniken som tidigare nämnts.

SLS är dock inte den enda tekniken i denna grupp, det finns även skrivare som använder något som förenklat kan liknas vid bläckpatroner från din vanliga pappersskrivare som sprutar ut ett bindningsmedel. Delarna bakas sedan i en ugn.

En vanlig teknik inom denna grupp av skrivare är SLS som står för Selective Laser Sintering, SLS används av mer avancerade industriella maskiner. Dessa skrivare arbetar med ett pulver som läggs ut i tunna lager och sedan belyses med laser. Lasern hettar upp och sammanbinder pulvret som sedan blir täckt av ett nytt lager pulver och processen upprepas. En stor fördel med denna teknik är att objekten som skrivs ut inte behöver stödstrukturer för delar som hänger fritt i luften. Eftersom utskriftsområdet alltid är helt fyllt av pulver så stöder det obehandlade pulvret upp den faktiska utskriften.