På gång i Additive Manufacturing-världen, en spaning av Johan Alriksson

Additive Manufacturing (AM) är lite av ett inne-ord. 3D-printing beskriver samma sak men är möjligen mest associerad med de vanligaste teknikerna Selective Layer Sintering (SLS), Stereolithography (SLA) and Fused Deposition Modeling (FDM). Alla vill använda sig av det nya sättet att producera. Egentligen är det inte speciellt nytt, tekniken att 3D-printa bl.a. prototyper har funnits tillgänglig i ca 25 år och då i relativt storskaligt. Själva tekniken uppfanns ännu tidigare. Här får vi en spaning av vår Johan Alriksson, om vad som är på gång i AM-världen.

De flesta företag som köpte en 3D-printer för ett par år sedan använder den i största utsträckning till prototyper och fixturer. Det som man nu börjar se, är att företag seriöst undersöker möjligheten att ersätta sin nuvarande produktionsapparat av verktygsbunden och/eller subtraktiv maskinpark med en additativ dito. Det förekommer till och med att kunder till avancerade maskiner kan skriva ut reservdelar i stället för att få dem levererade från tillverkaren.

Anledningar till att välja den additativa tekniken

Det finns två huvudsakliga syften med övergången till den additativa tekniken. För det första kan det sänka kostnader som är bundna i verktyg och för det andra och kanske mest intressanta, kan det tillgängliggöra nya geometrier som tidigare inte var möjliga att tillverka. Det andra syftet kan undersökas på en mikro- och makronivå. I makroperspektivet kan det handla om att tillverka detaljer som inte går att gjuta eller ska tillverkas i så liten upplaga att det blir ekonomisk fördelaktigt att printa. Vidare kan man använda renare material då det inte krävs några tillsatser för ökad skärbarhet. Detta kan visa sig extremt viktigt i specialiserade applikationer där materialkvalitet är av högsta vikt. Att använda olika typer av matrisstrukturer (lattice structures) för att minimera vikt med bibehållen styvhet är ett populärt användingsområde som ofta motiveras av mindre miljöpåverkan i materialåtgång och transport. Möjligheten att skriva ut istället ventilblock i stället för att svetsa, borra och plugga är ett annat område där materialbesparingar leder till ekonomiska besparingar, även strömningsmässiga fördelar finns i detta givet att man uppnår önskad ytfinhet.

På mikroskalan blir det än mer intressant. Det går tex. att printa optik med ytfinhet i nanometerskala. På mikronivå kan man även bygga upp nya material som inte beter sig som någonting tidigare känt. T.ex. material som drar ihop sig då de utsätts för värme eller material som blir tjockare när man drar i dem och smalare när man trycker på dem, m.a.o. material som har negativ poisson ratio.

Det man gör för att skapa ett nytt makro-material är alltså att designa en enhetscell i mindre storlek som har de egenskaper man eftersträvar. Det kan vara styvhet, isotropi, anisotropi eller andra egenskaper enligt ovan. När man har sin enhetscell sätter man samman dessa för att nå det nya önskade makroskala-beteendet. Ofta populerar man då en volym enligt någon form av topologioptimering.

Andra tekniker

Andra, mindre kända tekniker som jobbar i helt andra skalor än ”traditionella” additativa tekniker finns. Exempel på dessa är mikrostereolitografi (PµSLA), Two photon polymerization (2PP) och Material Jetting (MJ). Med dessa tekniker går det idag att tillverka detaljer som sträcker sig från nanometerskala (2PP) via micrometerskala (PµSLA och MJ) upp till samma storlekar som dagens vanliga tekniker (MJ). PolyJet är en känd metod som alltså är en typ av Material Jetting. Printhastigheter varierar kraftigt för dessa tekniker.

I universitetsvärlden pågår det fantastisk forskning i nano- och microskala som redan idag har kommit otroligt långt. Detta har de flesta ingen aning om.

I samband med att alla ovan nämnda tekniker inklusive de traditionella, tar steget in mot produktion i den bemärkelse vi är vana vid, så uppstår det ett antal tidigare förbisedda områden.

• Utveckling av nya material (inklusive diverse certifikat enligt olika standarder som krävs av slutanvändare)
• Kvalificering av printade detaljer (materialintegritet och rena fel/luckor, simulering av förväntade printresultat, inneslutet obehandlat restmaterial som kan kontaminera omgivningen)
• Efterbehandling (rensa modell från stödstruktur, säkerställa renhet, återvinna ej använt material, ytbehandling mm).

Samtliga tekniker som nämnts ovan genomgår någon form av förändring som rör allt från precision och hastighet till industrialisering, kvalificering och användargränssnitt. Gemensamt är att teknikerna kommer behöva en intensiv materialutveckling och även mjukvaruutveckling. Detta för att kunna ta hand om de större och mer komplexa geometrier som är ett resultat av att utvecklare börjar ta till sig potentialen i additativ tillverkning.

“Som slutord vill jag bara säga att det pågår otroligt mycket forskning där additiv tillverkningsteknik är absolut nödvändigt för att nå de önskade resultaten. Håll ögonen öppna för det är här och nu det händer!”

Fler exempel på SLS finns här
Häftigt exempel 1 på SLA
Häftigt exempel 2 på SLA
Se vad man kan göra med 2PP här

Av: Johan Alriksson, mekanikkonstruktör på Berotec. Vill du komma i kontakt med Johan? Han finns på johan.alriksson@berotec.se

Mekanik på Berotec
Här kan du läsa mer om hur vi jobbar med mekanik

Här kan du få bättre koll på Johan Alriksson