3D print

Printverdenen har taget et kæmpe spring fremad med udviklingen af 3D-print. 3D-printprocessen er en milepæl, der har stor betydning for en lang række virksomheder. Alle leverandører eller producenter af reservedele, små serier eller endda prototyper kan producere dem hurtigere og nemmere, så virksomhedens processer er blevet enormt accelereret og forenklet af 3D-printprocessen. Hos print24 kan du finde ud af præcis, hvad der menes med 3D-print, hvor dets oprindelse ligger, hvilke forskellige processer der er tilgængelige, og hvad fordelene er!

Definition af 3D-print

3D-print kaldes også additiv eller generativ fremstilling. Ideen bag denne fremstillingsproces er at konvertere en numerisk model til en tredimensionel model. Ydermere hører det til de urformende fremstillingsprocesser, hvilket betyder, at et fast legeme fremstilles af et formløst legeme. Kroppen har en geometrisk defineret form. Så sammenfattende er 3D-print skabelsen af fysiske objekter fra digitale filer. De digitale data genereres ved CAD-modellering, data fra 3D-scannere eller 3D-modellering, men 3D-printeren kan ikke læse dem direkte. Dette kræver igen software, der oversætter den geometriske form til printerens maskinsprog gennem G-koden". Softwaren kaldes en "slicer", som opdeler 3D-objektet i individuelle lag. Objektet bygges derefter op/printes. lag for lag, deraf navnet additiv fremstilling. Dette står i kontrast til subtraktiv fremstilling, hvor materiale fjernes fra eksisterende objekter. Udskriften af en 3D-printer er tredimensionel, dvs. objektet har en foruddefineret bredde, længde og højde. 3D-printeren arbejder med en lodret akse (Z-akse) ud over de to sædvanlige vandrette akser (X- og Y-akse).

Strukturen og funktionen af en 3D-printer

Blandt 3D-printere kan der skelnes mellem åbne og lukkede printere, komplette enheder og kits. Mens de fleste leveres komplette, skal kits først samles af brugeren. Komplette enheder er normalt dyrere end kits, men du sparer dig selv for montage Ved lukket 3D-printer er installationsrummet lukket Afhængigt af hvor printeren skal bruges kan der vælges åben eller lukket udgave Grundlæggende består en 3D-printer af print/varmeseng, støtte struktur, printobjekt, dyse, støttemateriale og printmateriale Konstruktionen kan dog afvige lidt inden for en teknologi Ifølge førnævnte konstruktion fungerer en 3D-printer som følger: Først varmes varmelejet og dysen op Derefter opvarmningen seng bevæger sig op til printhovedet. Smeltet filament (speciel plast, metaller eller andre materialer) påføres derefter varmelejet, indtil det første lag er færdigt. Når det første lag er færdigt, bevæger det opvarmede leje sig ned ad et lag højde, her målt i mikron. Det andet filamentlag påføres oven på det forrige og smeltes sammen med det. Hvis der er områder med udhæng, er det muligt at bruge en støttestruktur lavet af samme materiale eller andet, hvorved det alternative materiale skal kunne opløses i vand eller endda en anden opløsning. Det sidste trin gentages, indtil 3D-objektet er fuldført.

Typer af 3D-printprocesser

I det følgende vil de mest almindelige 3D-printprocesser blive præsenteret. Udover de nævnte findes der mange andre varianter. Grundlæggende kan følgende 3D-printprocesser skelnes:

• Selektiv lasersmeltning (SLM)/Selektiv lasersintring (SLS)
• Elektronstrålesmeltning (EBM)
• Film Transfer Imaging (FTI)
• Stereolitografi (STL/SLA)
• Lasersvejsning
• Film Transfer Imaging (FTI)
• Digital Light Processing (DLP)
• Multi Jet Modeling / Poly Jet Modeling

I den selektive lasersmelteproces påføres et metal bestående af et pulver og smeltes af laseren. Det ønskede printobjekt sænkes derefter med lagtykkelsen, pulver påføres igen og smeltes. 3D-print foregår i en beskyttende atmosfære; metaller, plast, sand eller keramik kan forarbejdes. I modsætning hertil bruger selektiv lasersintring (SLS) ikke rent metalpulver, men tilføjer et bindemiddel. Det specielle pulver er desuden kun delvist smeltet, hvilket får materialet til at hænge sammen. Elektronstrålesmeltning (EBM) bruger også pulver og behandler det på samme måde som selektiv lasersmeltning, bortset fra at der bruges en elektronstråle i stedet for en laser. En magnetisk understøttet fjeder positionerer og styrer den.

Ved anvendelsen af Fused Deposition Modelling/Fused Filament Fabrication (FDM/FFF) opvarmes først en speciel plast og derefter printes 3D-objektet i ark. I denne proces transporteres filamentet via en spole til mundstykket, hvorfra det påføres byggepladen, hvor det størkner direkte. Da genstandens overflade ofte er noget ru efter produktionen, skal den omarbejdes. Resultatet af præcisionsarbejdet er tilfredsstillende. Hærdningen af flydende plast ved hjælp af UV-lys sker i processen med stereolitografi (STL/SLA). 3D-objektet fremstilles i et bad af flydende plast, ved hjælp af en laser til at hærde de enkelte lag. Eventuelle støttestrukturer fjernes efter færdiggørelsen, og 3D-objektet hærdes. Modellerne har en meget høj nøjagtighed. Laseropbygningssvejsning bruger en diode eller fiberlaser. Det påfører et metalpulver eller metaltråd til emnet ved hjælp af en dyse. Ved brug af pulveret fungerer 3D-printeren fuldautomatisk, hvilket gør den velegnet til brug i komponentreparation eller prototypeproduktion.

Film Transfer Imaging (FTI) involverer påføring af en tynd film af materiale på en transportfolie. Lagene skabes ved belysning, hvorefter emnet løftes og derefter påføres en ny film. Denne proces fortsætter, indtil 3D-objektet er afsluttet, hvilket har et meget højt niveau af nøjagtighed. Lysfølsom plast bruges som filament i FTI. I Digital Light Processing (DLP) er 3D-objektet skabt ud fra et plastikbad. Processen er en blanding af STL og FTI 3D printteknologi, hvorved FTI teknologien anvendes som i RTI. Multi Jet Modelling/Poly Jet Modelling bruger på den anden side en teknik, der ligner inkjetprinterens. Her er flere dyser fastgjort til et printhoved, som så udskriver 3D-modellen lag for lag. Modellerne er kendetegnet ved et meget højt detaljeringsniveau og UV-følsomme fotopolymerer, som er hærdet med lys, anvendes som filamenter.

Materialerne til 3D-printprocesser

På grund af teknologiens fremskridt måtte materialet til 3D-print i årenes løb tilpasses det igen og igen. Vi præsenterer de vigtigste specialiserede materialer såsom plast eller metaller i følgende:

Plast til 3D-print

PLA (polyaktid) er et af de mest populære materialer til 3D-print. De syntetiske polymerer tilhører gruppen af polyestere, er fremstillet af majsstivelse, dvs. regenerative ressourcer, og er biokompatible og genanvendelige. PLA kan allerede forarbejdes ved lave smeltetemperaturer på 70 °C og forbliver generelt formstabilt selv ved afkøling. Disse to ejendomme gør PLA attraktiv for både private og professionelle brugere. PLA fås nu i mange forskellige farver. Den eneste ulempe ved materialet er, at det kun er lidt robust og varmebestandigt, så det ikke egner sig til fremstilling af stærkt belastede komponenter.

ABS (acrylonitril-butadien-styren) er det næstmest anvendte plastmateriale i 3D-print og er også en syntetisk polymer. Den er lavet af acrylonitril, 1,3 butadien og styren. Fordelagtige egenskaber er materialets styrke, stivhed og sejhed. Det kan bruges til prototyping og fremstilling af slutprodukter. ABS printes ved 220 til 250 °C og skal printes i et opvarmet printrum eller printbed. Herved kan de fremstillede genstande køle ned, og deformationer kan undgås. ABS fås ligesom PLA i forskellige farver og er relativt billigt, men på grund af de høje temperaturer, der er involveret i 3D-print, er det mindre populært blandt private brugere. Den har heller ikke tilstrækkelig vejrbestandighed.

PEEK (polyetheretherketon) er syntetiske polymerer fra polyetherketongruppen. De kan bruges til at printe meget modstandsdygtige og temperaturbestandige objekter. De er også biokompatible og resistente over for kemikalier. Den termoplastiske PEEK er ca. 70 % lettere end metaller med lignende egenskaber, men det har en sammenlignelig mekanisk og termisk stabilitet. Bilsektoren, den kemiske industri og rumfartsindustrien foretrækker derfor at bruge PEEK. Den er trykt ved 360 til 380 °C og er derfor ikke særlig velegnet til privat brug.

HIPS (High Impact Polystyrene) hører også til de termoplastiske polymerer og fremstilles ved at polymerisere polybutadien til polysterol. Det har høj slagstyrke og hårdhed og kan opløses i kemikalier. Dette gør det særligt velegnet som bæremateriale til andre polymerer. Det er kemisk fjernet, så selv strenge tolerancer kan opretholdes i de fremstillede komponenter.

PA (nylon/polyamid) har en høj trækstyrke, smelter ved 250 °C og er ikke-giftig. 3D-objekter skabt med nylon er seje og skadesbestandige. Nylon er ikke beskadiget af de fleste almindelige kemikalier og er billigt. Ulempen ved dette materiale er dog, at det på grund af de høje smeltetemperaturer næppe egner sig til privat brug og kræver både et opvarmet printleje og hvid lim, så det klæber til printlejet under 3D-print.

De fleste kender nok til PET (polyethylenterephthalat) fra drikkevareflasker. Det er også her fordelen ligger, fordi PET er fødevaresikkert og kan bruges til emballage. Da der ikke produceres dampe under smeltningsprocessen, kræver 3D-print med PET ikke et opvarmet printrum. Dette gør applikationen populær i den private sektor. 3D-objekter lavet af PET er relativt robuste, men også fleksible på samme tid.

PETG (PET med glykol) opnår en høj gennemsigtighed af materialet gennem modifikation med glykol. Dette forbedrer også udskrivningsegenskaberne. Dette resulterer i en lavere smeltetemperatur og mindre krystallisation. PETG kan ekstruderes hurtigere end PET og er vejrbestandigt. Derfor bruges den ofte til havemøbler og redskaber samt vaser.

Metaller til 3D-print

Udover de nævnte plastik kan metaller også bruges i 3D-print.

Aluminium eller aluminiumslegeringer er overbevisende i 3D-print med deres styrke og gode termiske egenskaber. Derudover er 3D-objekterne lette og kan omarbejdes fleksibelt. Bil-, rumfarts- og luftfartsindustrien nyder godt af brugen af aluminiumslegeringer; motordele, huse, forme, prototyper, luftkanaler og meget mere produceres ved hjælp af 3D-print.

Titanium eller titanlegeringer er blandt de bedst kendte inden for 3D-print med metaller. Den har fremragende mekaniske egenskaber og samtidig kun en lav egenvægt. Materialet er korrosionsbestandigt og kan bruges i mange miljøer med høje tekniske krav såsom luftfart. Medicinsk udstyr, reservedele, funktionelle prototyper eller slutbrugerdele er de mest almindelige 3D-objekter lavet af titanlegeringer.

Et andet metal brugt i 3D-print er rustfrit stål/rustfri stållegering. Den er lav i kulstof og meget korrosionsbestandig. Passende fremstillede dele har også fremragende styrke, gode termiske egenskaber og høj duktilitet. 3D-print med rustfrit stål bruges fortrinsvis til maskinkomponenter eller fødevaresikre applikationer.

Udover plast og metaller er keramik, sand, beton og glas også blandt de materialer, der bruges i 3D-print.

Historien om 3D-printning - hvem opfandt 3D-printeren?

Historien om 3D-print går tilbage til det 19. århundrede. I 1859 opfandt franskmanden François Willème, der arbejdede som fotograf og billedhugger, et apparat, der gjorde det muligt at skabe en 3D-model ved hjælp af flere kameraer. I 1892 søgte østrigeren Joseph E. Blanther om patent på fremstilling af reliefkort. Til fremstillingen af disse kort blev voksplader på det tidspunkt lamineret, og den ønskede form blev skåret ud af dem og limet oven på hinanden. Dette skabte 3D-kortet gennem flere lag.

Efter ingen yderligere kendt udvikling af 3D-print i det 20. århundrede i flere årtier, ansøgte den japanske opfinder Hideo Kodama endelig om endnu et patent i 1980: Heri beskrev han, hvordan et fotopolymermateriale hærder ved hjælp af UV-lys og på denne måde skabes en model lag for lag, hvilket svarer til princippet om stereolitografi. Da han ikke kunne fortsætte med at betale for patentansøgningen på grund af økonomiske vanskeligheder, mistede han berømmelse. I 1984 forsøgte franskmændene Alain le Méhauté, Olivier de Witte og Jean-Claude André at få patent på den proces, hvor en væske hærdes med en lyskilde. De kaldte også denne stereolitografi. Det kontaktede forskningsinstitut kunne dog ikke se potentialet i opfindelsen og stoppede projektet. Endelig var det amerikaneren Chuck W. Hull, der søgte patent tre uger senere. Han havde allerede opfundet stereolitografi i 1981, som første gang blev sat i praksis i 1983. I 1985 var det første 3D-designprogram tilgængeligt, og i 1986 grundlagde han det nu verdensberømte firma 3D Systems. I 1988 kom den første 3D-printer (SLA-1-maskine) på markedet.

I 1992 blev den første selektive lasersintringsmaskine produceret hos DTM, som bestrålede pulver med laserlys efter processen. Dette blev efterfulgt af en 3D-printer fra Z Corp, som brugte bindemiddelstråleprocessen. I slutningen af 1990'erne kunne metaller forarbejdes ud over plast, og flere CAD-programmer blev frigivet. I løbet af 2000'erne tog additiv fremstilling fart, hvilket blev etableret inden for medicin. For første gang blev et 3D-printet organ implanteret i et menneske. 2000'erne var præget af yderligere udvikling. 3D-printere kunne nu producere dele til andre 3D-printere, og de kom ind på arbejdspladsen. Fra 2010 kunne de nye modeller også printe bilprototyper, 3D-fødevareprintere dukkede op, de første 3D-printede komponenter til rumstationer og kæbe- og knogleproteser. Ligeledes nød små og mellemstore virksomheder godt af 3D-print, som satte dem i stand til at producere prototyper billigere. Den mest produktive additive plastproduktionsproces er i øjeblikket Multi Jet Fusion-processen, hvor de resulterende genstande har en homogen overflade og en næsten porefri materialetæthed.

Så hvad bringer fremtiden? Det er meget sandsynligt, at teknologien til 3D-print vil udvikle sig mod masseproduktion, da flere og flere materialer kan printes på kortere tid og i høj kvalitet.

Trykte produkter i høj kvalitet hos print24

Hos os kan du få trykt din ønskede genstand til reklameformål eller din hverdag på kontoret. print24 tilbyder dig et stort udvalg af printprodukter, som vi leverer til dig hurtigt og i høj kvalitet. Storformat printobjekter, tekstilprodukter eller fotoprodukter er også en del af vores sortiment. Du skal blot vælge de printprodukter, du ønsker, og designe dem individuelt!