3D-utskrift

Printverdenen har tatt et stort sprang fremover med utviklingen av 3D-printing. 3D-utskriftsprosessen er en milepæl som er av stor betydning for en lang rekke selskaper. Alle leverandører eller produsenter av reservedeler, små serier eller til og med prototyper kan produsere dem raskere og enklere, slik at bedriftens prosesser har blitt enormt raskere og forenklet takket være 3D-utskriftsprosessen. Finn ut nøyaktig hva 3D-utskrift betyr, hvor dens opprinnelse ligger, hvilke ulike prosesser det er og hvilke fordeler som er hos print24!

Definisjon av 3D-utskrift

3D-printing kalles også additiv eller generativ produksjon. Tanken bak denne produksjonsprosessen er å konvertere en numerisk modell til en tredimensjonal modell. Det er også en av de arketypiske produksjonsprosessene, som betyr at en formløs en er skapt solid kropp er produsert Kroppen har en geometrisk definert form. Oppsummert betyr dette: 3D-printing er opprettelsen av fysiske objekter fra digitale filer. De digitale dataene lages ved hjelp av CAD-modellering, data fra 3D-skannere eller 3D-modellering generert, selv om 3D skriveren kan ikke lese den direkte. Dette krever programvare som bruker G-koden" for å oversette den geometriske formen til skriverens maskinspråk. Programvaren kalles "Slicer", som konverterer 3D-objektet er delt inn i individuelle lag. objekt bygges/trykkes deretter lag for lag, og det er derfor det også kalles additiv produksjon. I motsetning til dette er subtraktiv produksjon, der materiale fjernes fra eksisterende gjenstander. Utskriften på en 3D-printer er tredimensjonal, så objektet har en forhåndsdefinert bredde, lengde og høyde. Følgelig arbeider 3D-printeren med en vertikal akse (Z-akse) i tillegg til de to vanlige horisontale aksene (X- og Y-akser).

Strukturen og funksjonen til en 3D-printer

Blant 3D-printerne kan det skilles mellom åpne og lukkede skrivere, komplette enheter og sett. Mens de fleste av dem leveres komplette, må sett settes sammen selv først. Komplette enheter er vanligvis dyrere enn sett, men du sparer deg selv monteringen Med den lukkede 3D-printeren Printer er installasjonsplassen lukket Avhengig av hvor skriveren skal brukes kan en åpen eller lukket variant velges I utgangspunktet består en 3D-printer av en utskrifts-/varmeseng, støtte struktur, trykt objekt, dyse, støttemateriale og trykkmateriale. Konstruksjonsmetoden kan imidlertid avvike noe innenfor en teknologi. I henhold til den nevnte strukturen fungerer en 3D-printer som følger: Først varmes sengen og dysen opp. varmeseng beveger seg deretter opp til skrivehodet Smeltet filament (spesiell plast, metaller eller andre materialer) påføres den oppvarmede sengen til det første laget er ferdig. Etter å ha fullført det første laget beveger varmesengen seg ned en laghøyde, her målt i mikrometer. Det andre laget av filament påføres det forrige og smeltes sammen med det. Hvis det er områder med overheng, er det mulig å bruke en støttestruktur laget av samme materiale eller et annet, selv om det alternative materialet bør kunne løses i vann eller annen løsning. Det siste trinnet gjentas til 3D-objektet er fullført.

Typer 3D-utskriftsprosesser

De vanligste 3D-utskriftsprosessene er presentert nedenfor. I tillegg til de nevnte finnes det mange andre varianter. I utgangspunktet kan følgende 3D-utskriftsprosesser skilles:

• Selektiv lasersmelting (SLM)/Selective Laser Sintering (SLS)
• Elektronstrålesmelting (EBM)
• Fused Deposition Modeling/Fused Filament Fabrication (FDM/FFF)
• Stereolitografi (STL/SLA)
• Lasersveising
• Film Transfer Imaging (FTI)
• Digital Light Processing (DLP)
• Multi Jet Modeling / Poly Jet Modeling

I den selektive lasersmelteprosessen påføres et metall bestående av et pulver og smeltes av laseren. Det ønskede utskriftsobjektet reduseres deretter med lagtykkelsen, pulver påføres igjen og smeltes. 3D-printing foregår i en beskyttende atmosfære; metaller, plast, sand eller keramikk kan behandles. I motsetning til dette bruker selektiv lasersintring (SLS) ikke rent metallpulver, men tilsetter heller et bindemiddel. Spesialpulveret smeltes bare delvis, noe som får materialet til å feste seg sammen. Elektronstrålesmelting (EBM) bruker også pulver og behandler det som selektiv lasersmelting, bortsett fra at det brukes en elektronstråle i stedet for laseren. En magnetisk montert fjær posisjonerer og styrer den.

Ved bruk av Fused Deposition Modeling/Fused Filament Fabrication (FDM/FFF) varmes først en spesiell plast opp og deretter skrives 3D-objektet ut i strimler. Filamentet transporteres via en spole til munnstykket, hvorfra det påføres bygningsplaten, hvor det stivner direkte. Siden overflaten på gjenstanden ofte er noe ru etter produksjon, må den omarbeides. Resultatet av presisjonsarbeidet er tilfredsstillende. Herding av flytende plast ved hjelp av UV-lys skjer ved hjelp av stereolitografiprosessen (STL/SLA). 3D-objektet lages i et bad av flytende plast, ved hjelp av en laser for å herde de enkelte lagene. Eventuelle støttestrukturer som brukes fjernes etter ferdigstillelse og 3D-objektet herdes. Modellene har svært høy nøyaktighet. Laseravsetningssveising bruker en diode eller fiberlaser. Ved hjelp av en dyse påfører han et metallpulver eller metalltråd på arbeidsstykket. Ved bruk av pulveret fungerer 3D-printeren helautomatisk, noe som gjør den egnet for bruk i komponentreparasjon eller prototypeproduksjon.

Påføringen av en tynn film av materiale på en transportfilm utføres i Film Transfer Imaging (FTI). Lagene lages ved belysning, hvoretter arbeidsstykket løftes og en ny film påføres. Denne prosessen fortsetter til 3D-objektet er fullført, som har et meget høyt nivå av nøyaktighet. Lysfølsom plast brukes som filamenter i FTI. Med Digital Light Processing (DLP) lages 3D-objektet fra et plastbad. Prosessen er en blanding av STL og FTI 3D-utskriftsteknologi, ved bruk av FTI-teknologien som i FTI. Multi Jet Modeling/Poly Jet Modeling, derimot, bruker en teknologi som ligner på blekkskriveren. Flere dyser er festet til et skrivehode, som så skriver ut 3D-modellen lag for lag. Modellene kjennetegnes av et meget høyt detaljnivå og filamentene er UV-sensitive fotopolymerer, som herdes med lys.

Materialene for 3D-utskriftsprosesser

På grunn av teknologiske fremskritt har materialet for 3D-printing måttet tilpasses igjen og igjen gjennom årene. Vi vil introdusere deg til de viktigste spesialiserte materialene som plast eller metaller nedenfor:

Plast for 3D-printing

PLA (Polyactide) er et av de mest populære materialene for 3D-utskrift. De syntetiske polymerene er polyestere og er hentet fra maisstivelse, dvs. fornybare ressurser, og er biokompatible og resirkulerbare. PLA kan behandles ved lave smeltetemperaturer på 70 °C og forblir generelt dimensjonsstabilt selv når det er avkjølt. Disse to egenskapene gjør PLA attraktiv for både private og profesjonelle brukere. PLA er nå tilgjengelig i mange forskjellige farger. Den eneste ulempen med materialet er at det bare er litt spenstig og varmebestandig, så det er ikke egnet for produksjon av svært belastede komponenter.

ABS (acrylonitril butadiene styren) er det nest mest brukte plastmaterialet i 3D-printing og er også en syntetisk polymer. Den er laget av akrylnitril, 1,3 butadien og styren. Fordelaktige egenskaper er materialets styrke, stivhet og seighet. Den kan brukes til prototyping og produksjon av sluttprodukter. ABS skrives ut ved 220 til 250°C og skal skrives ut i et oppvarmet trykkrom eller printbed. Dette gjør at de produserte gjenstandene kan kjøles ned og deformasjoner unngås. I likhet med PLA er ABS tilgjengelig i forskjellige farger og er relativt rimelig, men er mindre populær blant private brukere på grunn av de høye temperaturene som er involvert i 3D-utskrift. Den har heller ikke tilstrekkelig værbestandighet.

PEEK (polyetheretherkton) er syntetiske polymerer fra gruppen polyetherketoner. De kan brukes til å skrive ut svært spenstige og temperaturbestandige objekter. De er også biokompatible og kjemisk motstandsdyktige. Den termoplastiske PEEK er ca 70 % lettere enn metaller med lignende egenskaper, men den har sammenlignbar mekanisk og termisk stabilitet. Bilsektoren, kjemisk industri og romfart foretrekker derfor å bruke PEEK. Den er trykt ved 360 til 380 °C og er derfor ikke egnet for privat bruk.

HIPS (High Impact Polystyrene) er også en termoplastisk polymer og produseres ved å polymerisere polybutadien til polysterol. Den har høy slagfasthet og hardhet og kan oppløses i kjemikalier. Det er derfor spesielt egnet som bæremateriale for andre polymerer. Den fjernes kjemisk slik at strenge toleranser kan opprettholdes i de produserte komponentene.

PA (nylon/polyamid) har høy strekkfasthet, smelter ved 250 °C og er ikke giftig. 3D-objektene laget med nylon er tøffe og motstandsdyktige mot skade. Nylon er ikke skadet av de fleste vanlige kjemikalier og er billig. Ulempen med dette materialet er imidlertid at det neppe egner seg til privat bruk på grunn av de høye smeltetemperaturene og krever både oppvarmet printbed og hvitt lim slik at det fester seg til printbedet under 3D-printing.

De fleste kjenner nok til PET (polyetylentereftalat) fra drikkeflasker. Det er også en fordel her, fordi PET er matsikkert og kan brukes til pakking. Siden det ikke produseres røyk under smelteprosessen, krever ikke 3D-printing med PET et oppvarmet utskriftsrom. Dette gjør applikasjonen populær i privat sektor. 3D-objekter laget av PET er relativt robuste, men også fleksible på samme tid.

PETG (PET med glykol) oppnår en høy grad av gjennomsiktighet av materialet gjennom modifikasjon med glykol. Dette forbedrer også utskriftsegenskapene. Dette resulterer i lavere smeltetemperatur og mindre krystallisering. PETG kan ekstruderes raskere enn PET og er værbestandig. Derfor brukes den ofte til hagemøbler og utstyr samt vaser.

Metaller for 3D-utskrift

I tillegg til de nevnte plastene kan metaller også brukes i 3D-printing.

Aluminium eller aluminiumslegeringer imponerer i 3D-printing med sin styrke og gode termiske egenskaper. I tillegg er 3D-objektene lette og kan etterbehandles fleksibelt. Bil-, romfarts- og luftfartsindustrien drar nytte av bruken av aluminiumlegioner, produksjon av motordeler, hus, støpeformer, prototyper, luftkanaler og mye mer ved å bruke 3D-utskrift.

Titan eller titanlegeringer er blant de mest kjente innen 3D-printing med metaller. Den har enestående mekaniske egenskaper og samtidig lav egenvekt. Materialet er korrosjonsbestandig og kan brukes i mange miljøer med høye tekniske krav som for eksempel luftfart. Medisinsk utstyr, reservedeler, funksjonelle prototyper eller sluttbruksdeler er de vanligste 3D-objektene laget av titanlegeringer.

Et annet metall som brukes i 3D-printing er rustfritt stål/rustfritt stållegering. Det er lite karbon og svært korrosjonsbestandig. Komponenter som produseres i henhold til dette har også utmerket styrke, gode termiske egenskaper og høy duktilitet. 3D-utskrift med rustfritt stål foretrekkes for maskinkomponenter eller matsikre applikasjoner.

I tillegg til plast og metaller er også keramikk, sand, betong og glass blant materialene som brukes i 3D-printing.

Historien om 3D-utskrift – hvem oppfant 3D-printeren?

Historien om 3D-utskrift går tilbake til 1800-tallet. I 1859 oppfant franskmannen François Willème, som jobbet som fotograf og skulptør, et apparat som gjorde det mulig å lage en 3D-modell ved hjelp av flere kameraer. I 1892 søkte østerrikeren Joseph E. Blanther om patent på produksjon av relieffkart. For å produsere disse ble voksplater laminert og ønsket form kuttet ut av dem og limt sammen. Dette skapte 3D-kartet gjennom flere lag.

Etter at 3D-printing ikke registrerte noen videre kjent utvikling på flere tiår på 1900-tallet, la den japanske oppfinneren Hideo Kodama endelig inn enda et patent i 1980: I dette beskrev han hvordan et fotopolymermateriale stivner ved hjelp av UV-lys og reagerer på det. En modell lages lag for lag, som ligner prinsippet for stereolitografi. Siden han ikke var i stand til å fortsette å betale for patentsøknaden på grunn av økonomiske vanskeligheter, mistet han ryktet. I 1984 forsøkte franskmennene Alain le Méhauté, Olivier de Witte og Jean-Claude André å få patent på prosessen med å herde en væske ved hjelp av en lyskilde. De kalte også dette stereolitografi. Forskningsinstituttet som ble kontaktet kunne imidlertid ikke se potensialet i oppfinnelsen og stoppet prosjektet. Til slutt var det amerikaneren Chuck W. Hull som la inn patent tre uker senere. Han hadde allerede oppfunnet stereolitografi i 1981, som først ble tatt i bruk i 1983. I 1985 var det første 3D-designprogrammet tilgjengelig og i 1986 grunnla han det nå verdenskjente selskapet 3D Systems. I 1988 var den første 3D-skriveren (SLA-1-maskinen) på markedet.

I 1992 ble den første selektive lasersintringsmaskinen produsert ved DTM, som bestrålte pulver med laserlys i henhold til prosessen. Dette ble fulgt av en 3D-printer fra Z Corp, som brukte bindemiddelstråleprosessen. På slutten av 1990-tallet kunne metaller også bearbeides i tillegg til plast, og ytterligere CAD-programmer ble utgitt. I løpet av 2000-tallet skjøt additiv produksjon fart, som nettopp ble etablert innen medisin. Dette var første gang et 3D-printet organ ble implantert i et menneske. 2000-tallet var preget av videre utvikling. Så 3D-skrivere kunne nå produsere deler til andre 3D-skrivere og de fant veien inn på arbeidsplassen. Fra 2010 og utover kunne de nye modellene også skrive ut bilprototyper, 3D-matskrivere, de første 3D-printede komponentene for romstasjoner og kjeve- og beinproteser ble laget. Små og mellomstore bedrifter hadde også fordel av 3D-utskrift, slik at de kunne produsere prototyper billigere. Den mest produktive additive plastproduksjonsprosessen er for tiden Multi Jet Fusion-prosessen, hvor de resulterende gjenstandene har en homogen overflate og en nesten porefri materialtetthet.

Hva bringer fremtiden? Det er stor sannsynlighet for at 3D-printteknologien vil utvikle seg mot serieproduksjon, ettersom stadig flere materialer kan skrives ut på kortere tid og med høy kvalitet.

Trykkprodukter av høy kvalitet hos print24

Hos oss kan du få din ønskede gjenstand trykt for reklameformål eller for kontorhverdagen. print24 tilbyr deg et stort utvalg av printprodukter, som vi leverer til deg raskt og i høy kvalitet. Storformattrykkobjekter, tekstilprodukter eller fotoprodukter er også en del av vårt sortiment. Bare velg den trykksaken du ønsker og design den individuelt!