3d-utskrivning

Utskriftsvärlden har tagit ett stort steg framåt med utvecklingen av 3D-utskrift. 3D-utskriftsprocessen är en milstolpe som är av stor betydelse för ett brett spektrum av företag. Alla leverantörer eller tillverkare av reservdelar, små serier eller till och med prototyper kan producera dem snabbare och enklare, så att företagets processer har accelererats och förenklats enormt genom 3D-utskriftsprocessen. På print24 kan du ta reda på exakt vad som menas med 3D-utskrift, var dess ursprung ligger, vilka olika processer som finns och vilka fördelarna är!

Definition av 3D-utskrift

3D-utskrift kallas även additiv eller generativ tillverkning. Tanken bakom denna tillverkningsprocess är att konvertera en numerisk modell till en tredimensionell modell. Dessutom tillhör den de urformande tillverkningsprocesserna, vilket innebär att en fast kropp tillverkas av en formlös. Kroppen har en geometriskt definierad form. Så sammanfattningsvis är 3D-utskrift skapandet av fysiska objekt från digitala filer. Den digitala datan genereras av CAD-modellering, data från 3D-skannrar eller 3D-modellering, men 3D-skrivaren kan inte läsa den direkt. Detta kräver i sin tur mjukvara som översätter den geometriska formen till skrivarens maskinspråk genom G-koden". Programvaran kallas "slicer", som delar upp 3D-objektet i enskilda lager. Objektet byggs sedan upp/skrivs ut. lager för lager, därav namnet additiv tillverkning. Detta står i kontrast till subtraktiv tillverkning, där material tas bort från befintliga objekt. Utskriften av en 3D-skrivare är tredimensionell, dvs objektet har en fördefinierad bredd, längd och höjd. Följaktligen, 3D-skrivaren arbetar med en vertikal axel (Z-axel) utöver de två vanliga horisontella axlarna (X- och Y-axeln).

Strukturen och funktionen hos en 3D-skrivare

Bland 3D-skrivare kan man skilja mellan öppna och stängda skrivare, kompletta enheter och kit. Medan de flesta levereras kompletta måste kit först monteras av användaren. Kompletta enheter är vanligtvis dyrare än kit, men du sparar dig själv montering Vid en sluten 3D-skrivare är installationsutrymmet stängt Beroende på var skrivaren ska användas kan en öppen eller stängd version väljas. I grunden består en 3D-skrivare av en print/värmebädd, stöd struktur, tryckobjekt, munstycke, stödmaterial och tryckmaterial. Konstruktionen kan dock skilja sig något inom en teknik. Enligt ovan nämnda konstruktion fungerar en 3D-skrivare enligt följande: Först värms värmebädden och munstycket upp. Därefter värmen bädden rör sig upp till skrivhuvudet. Smält filament (specialplaster, metaller eller andra material) appliceras sedan på värmebädden tills det första skiktet är färdigt. När det första skiktet är färdigt, färdas den uppvärmda bädden ner en sträcka på ett skikt höjd, här mätt i mikron. Det andra filamentskiktet appliceras ovanpå det föregående och smälts samman med det. Om det finns områden med överhäng är det möjligt att använda en stödstruktur av samma material eller annat, varvid det alternativa materialet ska kunna lösas i vatten eller till och med annan lösning. Det sista steget upprepas tills 3D-objektet är klart.

Typer av 3D-utskriftsprocesser

I det följande kommer de vanligaste 3D-utskriftsprocesserna att presenteras. Utöver de nämnda finns det många andra varianter. I grund och botten kan följande 3D-utskriftsprocesser särskiljas:

• Selektiv lasersmältning (SLM)/Selektiv lasersintring (SLS)
• Elektronstrålesmältning (EBM)
• Fused Deposition Modelling/Fused Filament Fabrication (FDM/FFF)
• Stereolitografi (STL/SLA)- Lasersvetsning- Film Transfer Imaging (FTI)
• Digital Light Processing (DLP)
• Multi Jet Modeling / Poly Jet Modeling

I den selektiva lasersmältningsprocessen appliceras och smälts en metall bestående av ett pulver av lasern. Det önskade tryckobjektet sänks sedan med lagertjockleken, pulver appliceras igen och smälts samman. 3D-utskrift sker i en skyddande atmosfär; metaller, plaster, sand eller keramik kan bearbetas. Däremot använder selektiv lasersintring (SLS) inte rent metallpulver utan tillsätter ett bindemedel. Specialpulvret är dessutom bara delvis smält vilket gör att materialet klibbar ihop. Elektronstrålesmältning (EBM) använder också pulver och bearbetar det på samma sätt som selektiv lasersmältning, förutom att en elektronstråle används istället för en laser. En magnetiskt stödd fjäder positionerar och riktar den.

Vid tillämpning av Fused Deposition Modelling/Fused Filament Fabrication (FDM/FFF) värms först en speciell plast upp och sedan skrivs 3D-objektet ut i ark. I denna process transporteras filamentet via en spole till munstycket, varifrån det appliceras på byggplattan, där det stelnar direkt. Eftersom föremålets yta ofta är något sträv efter tillverkning måste den omarbetas. Resultatet av precisionsarbetet är tillfredsställande. Härdningen av flytande plast med hjälp av UV-ljus sker i processen för stereolitografi (STL/SLA). 3D-objektet produceras i ett bad av flytande plast, med hjälp av en laser för att härda de enskilda lagren. Eventuella stödstrukturer som används tas bort efter färdigställandet och 3D-objektet härdas. Modellerna har en mycket hög noggrannhet. Laseruppbyggnadssvetsning använder en diod- eller fiberlaser. Den applicerar ett metallpulver eller metalltråd på arbetsstycket med hjälp av ett munstycke. Vid användning av pulvret fungerar 3D-skrivaren helautomatiskt, vilket gör den lämplig att använda vid komponentreparation eller prototypproduktion.

Film Transfer Imaging (FTI) innebär applicering av en tunn film av material på en transportfolie. Skikten skapas genom belysning, varpå arbetsstycket lyfts och sedan appliceras en ny film. Denna process fortsätter tills 3D-objektet är klart, vilket har en mycket hög noggrannhet. Ljuskänslig plast används som filament i FTI. I Digital Light Processing (DLP) skapas 3D-objektet från ett plastbad. Processen är en blandning av STL- och FTI 3D-utskriftsteknik, varvid FTI-tekniken används som i RTI. Multi Jet Modelling/Poly Jet Modelling, å andra sidan, använder en teknik som liknar den för bläckstråleskrivaren. Här är flera munstycken fästa på ett skrivhuvud som sedan skriver ut 3D-modellen lager för lager. Modellerna kännetecknas av en mycket hög detaljnivå och UV-känsliga fotopolymerer, som härdas med ljus, används som filament.

Materialet för 3D-utskriftsprocesser

På grund av teknikens framsteg måste materialet för 3D-utskrift under årens lopp anpassas till det om och om igen. Vi presenterar de viktigaste specialiserade materialen som plast eller metall i följande:

Plast för 3D-utskrift

PLA (polyaktid) är ett av de mest populära materialen för 3D-utskrift. De syntetiska polymererna tillhör gruppen polyestrar, erhålls från majsstärkelse, dvs regenerativa resurser, och är biokompatibla och återvinningsbara. PLA kan redan bearbetas vid låga smälttemperaturer på 70 °C och förblir i allmänhet formstabil även vid kylning. Dessa två fastigheter gör PLA attraktiv för både privata och professionella användare. PLA finns nu i många olika färger. Den enda nackdelen med materialet är att det endast är lite robust och värmebeständigt, så att det inte lämpar sig för tillverkning av högt belastade komponenter. 

ABS (akrylnitrilbutadienstyren) är det näst vanligaste plastmaterialet i 3D-utskrift och är också en syntetisk polymer. Den är gjord av akrylnitril, 1,3 butadien och styren. Fördelaktiga egenskaper är materialets styrka, styvhet och seghet. Den kan användas för prototypframställning och tillverkning av slutprodukter. ABS trycks vid 220 till 250 °C och ska skrivas ut i ett uppvärmt tryckrum eller tryckbädd. I detta kan de tillverkade föremålen svalna och deformationer kan undvikas. Precis som PLA finns ABS i olika färger och är relativt billigt, men på grund av de höga temperaturerna i 3D-utskrift är det mindre populärt bland privata användare. Den har inte heller tillräckligt väderbeständighet.

PEEK (polyetereterketon) är syntetiska polymerer från polyeterketongruppen. De kan användas för att skriva ut mycket motståndskraftiga och temperaturbeständiga föremål. De är också biokompatibla och resistenta mot kemikalier. Den termoplastiska PEEK är ca. 70 % lättare än metaller med liknande egenskaper, men den har en jämförbar mekanisk och termisk stabilitet. Fordonssektorn, den kemiska industrin och flygindustrin föredrar därför att använda PEEK. Den är tryckt vid 360 till 380 °C och är därför inte särskilt lämplig för privat bruk.

HIPS (High Impact Polystyrene) tillhör också de termoplastiska polymererna och framställs genom att polybutadien polymeriseras till polysterol. Den har hög slaghållfasthet och hårdhet och kan lösas i kemikalier. Detta gör den särskilt lämplig som stödmaterial för andra polymerer. Den avlägsnas kemiskt så att även strikta toleranser kan upprätthållas i de tillverkade komponenterna.

PA (nylon/polyamid) har hög draghållfasthet, smälter vid 250 °C och är giftfritt. 3D-objekt skapade med nylon är tuffa och skadebeständiga. Nylon skadas inte av de vanligaste kemikalierna och är billigt. Nackdelen med detta material är dock att det knappast lämpar sig för privat bruk på grund av de höga smälttemperaturerna och kräver både en uppvärmd printbädd och vitt lim så att det fastnar på printbädden vid 3D-utskrift.

De flesta känner nog till PET (polyetylentereftalat) från dryckesflaskor. Det är också här fördelen ligger, eftersom PET är livsmedelssäkert och kan användas för förpackningar. Eftersom inga ångor produceras under smältningsprocessen kräver 3D-utskrift med PET inget uppvärmt utskriftsrum. Detta gör applikationen populär i den privata sektorn. 3D-objekt av PET är relativt robusta men samtidigt flexibla.

PETG (PET med glykol) uppnår en hög transparens av materialet genom modifiering med glykol. Detta förbättrar även tryckegenskaperna. Detta resulterar i en lägre smälttemperatur och mindre kristallisation. PETG kan extruderas snabbare än PET och är väderbeständigt. Det är därför det ofta används till trädgårdsmöbler och redskap samt vaser.

Metaller för 3D-utskrift

Förutom de nämnda plasterna kan metaller även användas i 3D-utskrift. 

Aluminium eller aluminiumlegeringar är övertygande i 3D-utskrift med sin styrka och goda termiska egenskaper. Dessutom är 3D-objekten lätta och kan omarbetas flexibelt. Bil-, flyg- och flygindustrin drar nytta av användningen av aluminiumlegeringar; motordelar, hus, formar, prototyper, luftkanaler och mycket mer produceras med 3D-utskrift.

Titan eller titanlegeringar är bland de mest kända inom 3D-utskrift med metaller. Den har enastående mekaniska egenskaper och samtidigt endast en låg specifik vikt. Materialet är korrosionsbeständigt och kan användas i många miljöer med höga tekniska krav såsom flyg. Medicinsk utrustning, reservdelar, funktionella prototyper eller slutanvändardelar är de vanligaste 3D-objekten gjorda av titanlegeringar.. 

En annan metall som används i 3D-utskrift är rostfritt stål/legering av rostfritt stål. Den är låg i kol och mycket korrosionsbeständig. Lämpligt tillverkade delar har också utmärkt hållfasthet, goda termiska egenskaper och hög duktilitet. 3D-utskrift med rostfritt stål används företrädesvis för maskinkomponenter eller livsmedelssäkra applikationer.

Förutom plaster och metaller hör även keramik, sand, betong och glas till de material som används i 3D-utskrift.

3D-utskrifts historia – vem uppfann 3D-skrivaren?

3D-utskrifts historia går tillbaka till 1800-talet. 1859 uppfann fransmannen François Willème, som arbetade som fotograf och skulptör, en apparat som gjorde det möjligt att skapa en 3D-modell med hjälp av flera kameror. 1892 ansökte österrikaren Joseph E. Blanther om patent för framställning av reliefkartor. För framställningen av dessa kartor laminerades på den tiden vaxplåtar och den önskade formen skars ut ur dem och limmades ovanpå varandra. Detta skapade 3D-kartan genom flera lager.

Efter ingen vidare känd utveckling av 3D-utskrift på 1900-talet under flera decennier ansökte den japanska uppfinnaren Hideo Kodama äntligen om ytterligare ett patent 1980: I detta beskrev han hur ett fotopolymermaterial härdar med hjälp av UV-ljus och på så sätt skapas en modell. lager för lager, vilket liknar principen för stereolitografi. Eftersom han inte kunde fortsätta att betala för patentansökan på grund av ekonomiska svårigheter förlorade han berömmelse. 1984 försökte fransmännen Alain le Méhauté, Olivier de Witte och Jean-Claude André få patent på processen där en vätska härdas med en ljuskälla. De kallade också detta stereolitografi. Det kontaktade forskningsinstitutet kunde dock inte se potentialen med uppfinningen och stoppade projektet. Slutligen var det amerikanen Chuck W. Hull som ansökte om patent tre veckor senare. Han hade redan uppfunnit stereolitografin 1981, som först började användas 1983. 1985 fanns det första 3D-designprogrammet tillgängligt och 1986 grundade han det nu världsberömda företaget 3D Systems. 1988 fanns den första 3D-skrivaren (SLA-1-maskin) på marknaden.

1992 tillverkades den första selektiva lasersintringsmaskinen vid DTM, som bestrålade pulver med laserljus enligt processen. Detta följdes av en 3D-skrivare från Z Corp, som använde bindemedelssprutningsprocessen. I slutet av 1990-talet kunde metaller bearbetas förutom plast och fler CAD-program släpptes. Under 2000-talet tog additiv tillverkning fart, vilket etablerades inom medicinen. För första gången implanterades ett 3D-printat organ i en människa. 2000-talet präglades av ytterligare utveckling. 3D-skrivare kunde nu tillverka delar till andra 3D-skrivare och de kom in på arbetsplatsen. Från 2010 kunde de nya modellerna även skriva ut bilprototyper, 3D-matskrivare uppstod, de första 3D-printade komponenterna för rymdstationer och käk- och benproteser. Likaså gynnades små och medelstora företag av 3D-utskrift, vilket gjorde det möjligt för dem att producera prototyper billigare. Den mest produktiva tillsatsplastproduktionsprocessen är för närvarande Multi Jet Fusion-processen, där de resulterande föremålen har en homogen yta och en nästan porfri materialdensitet.

Så hur ser framtiden ut? Det är mycket troligt att tekniken för 3D-utskrift kommer att utvecklas mot massproduktion, då allt fler material kan skrivas ut på kortare tid och i hög kvalitet.

Högkvalitativa tryckta produkter hos print24

Hos oss kan du få ditt önskade föremål tryckt för reklamändamål eller din vardag på kontoret. print24 erbjuder dig ett stort utbud av trycksaker, som vi levererar till dig snabbt och i hög kvalitet. Storformatstryckobjekt, textilprodukter eller fotoprodukter ingår också i vårt sortiment. Välj helt enkelt de tryckprodukter du vill ha och designa dem individuellt!