Lær mer om industrielle bruksområder for 3D-printing

Teknologien rundt 3D-printing, såkalte additiv produksjon, har kommet langt siden 80-tallet. Selv om rask prototyping var det opprinnelige målet har teknologien vokst i mange sektorer. Bilindustri, arkitektur, ingeniørkunst, konstruksjon, industrielt design, utdanning, tannpleie, medisinsk sektor, forsvar, luftfart, klesproduksjon, briller, kunst, smykker, mat og andre sektorer bruker alle 3D-printing både for prototyping og distribuert produksjon.

I denne artikkelen går vi gjennom fordelene ved 3D-printing og beskriver hvor det brukes mest, samt viser hvor dette er mest relevant for forskere, utdanning og ingeniørstudenter.

3D-printing og tilknyttet terminologi

3D-printing er når et tredimensjonalt, solid objekt i bokstavelig talt enhver form produseres fra en digital modell. Det innebærer å bruke tynne lag av væske, pulverisert plast eller metall, som så føres sammen for å skape et objekt.

Et annet begrep man ofte snakker om i denne sammenheng er prototyping. Vi nevnte dette i introduksjonen, også kalt rask prototyping, og det er en prosess hvor man skaper ulike deler av flere lag. Dette er en enkel, rask og rimelig måte å lage produkter på.

I 2015 utviklet man ISO/ASTM 52900-standeren for å definere terminologien som brukes i 3D-printing. Dette innebærer at man tar i bruk utviklingsprinsippet for å lage ekte tredimensjonal geometri ved å tilføre materialer gradvis. Mer informasjon om fundamentene og vokabularet finnes her.

7 teknologier innen 3D-printing

Hvis du akkurat har begynt med 3D-printing er det viktig å finne ut hvilke prosesser og materialer som er tilgjengelig. Det er ulike metoder for å bygge 3D-strukturer og objekter, og noen er mer populære enn andre.

  1. Stereolitagrafi (SLA)
  2. Fused Deposition Modeling (FDM)
  3. Selektiv lasersintering (SLS)
  4. Digital lysbehandling (DLP)
  5. Selektiv lasersmelting (SLM)
  6. Elektronstrålesmetling (EBM)
  7. Laminert objektproduksjon (LOM)

Stereolitagrafi

SLA er en av de eldste prosessene i 3D-printing, og ble oppfunnet av Chuck Hull i 1986. Det er en perfekt metode for mekaniske ingeniører som vil finne ut om ulike deler passer inn i designet deres. Dette er ikke en prosess som kun er til bruk for teknikere; har du lyst å skrive ut et prototype i plast kan denne metoden også brukes.

Hvordan fungerer en SLA-printer? Disse printerne fungerer ikke på samme måte som printerne man har hjemme som skriver ut på papir. De bruker flytende plast som dannes til et solid objekt etter herding og forming. En del av printeren nedsenkes i en tank som plasten herdes, og laseren skaper et nytt lag helt til printerjobben er fullført. Hver lag skapes ved å bruke en kraftig laser som veiledes av et filtreringsspeil. Disse er også kjent som galvanomålere eller galvo.

Fused Deposition Modeling (FDM)

FMD er i dag den mest populære metoden for 3D-printing. Med denne teknologien kan du printe operasjonelle prototyper og forbruksvarer, som plastgir, hvitevannskanoer, legobrikker, osv.

Dette er en prosedyre som produserer tredimensjonale objekter ved bruk av avansert additiv teknikk, såkalt fused deposition modelling.

FMD-printeren smelter termoplastfilamenter som ABS og PLA, og tilfører dem lagvis for å bygge en plattform gjennom oppvarmede dyser. Dette foregår helt til oppgaven er fullført. Bortsett fra termoplast, kan det ekstrudere støttende materialer. Dette er en prosess som ligner på SLA.

Selektiv lasersintering (SLS)

SLS er en teknologi som sinterer pulveriserte polymerpartikler på en 3D-modell for å produsere en solid struktur ved bruk av en kraftig laser. Fordi dette er en rimeligere prosess med mer designfrihet (med SLS trenger man ikke ekstra utstyr fordi det usintrerte pulveret samler seg rundt komponentene under printingen), brukes det vanligvis av produsenter og ingeniører.

SLS-printere skaper komplekse gemoetriske former som er vanskelige eller dyre å produsere ved bruk av tradisjonelle metoder, som bevegende deler, låsende deler og indre kanaldeler. SLS er egnet for ulike bruksområder som skreddersydd, bro- eller produksjon i liten skala.

Digital lysbehandling (DLP)

Larry Hornbeck, ansatt i Texas Instruments, utviklet DLP i 1987. Det er en annen prosess som ligner på SLA, men den er mye raskere. Men begge fungerer med fotopolymer. Digital lysbehandling, som bruker digitale mikrospeil på en halvlederbrikke, er vanlig i 3D-printing, i mobiltelefoner og filmprojektorer. DLP-printing kan brukes for å printe svært detaljerte harpiksobjekter, som leker, støpeformer for smykker, i tannpleie, utsmykkinger, figurer og forsterkere.

Selektiv lasersmelting (SLM)

SML, også kjent som direkte lasersintering, er en nyere teknikk utviklet av den tyske forskeren Wilhelm Meiners i 1995. Det er en teknologi som bruker tetthetslaser med høy effekt for å smelte sikringspulver i metall for å produsere nesten perfekte deler.

Objekt printet på en 3D-printer i metall.

Elektronstrålesmetling (EBM)

EMB er en metode som brukes når man printer objekter i metall. Dette er en rask produksjonsteknikk. Å produsere deler krever at man bruker en EBM i vakuum for å smelte metallpulver lag for lag. Det pulveriserte metallet er smeltet med en teknikk som bruker elektroner. Elektrostålingssmelting ligner på SML, fordi de begge printer fra pulver, men EBM bruker en elektrostråle istedenfor en laser.

Disse printerne har et pulverrom, en pulvermater, et pulverbelegg, en energikilde med elektrostråle og en oppvarmet konstruksjonsplattform. Det er viktig å huske at utskriftsprosedyren må skje i et vakuum fordi elektrostrålen ikke fungerer hvis elektroner kolliderer med gassmolekyler.

Laminert objektproduksjon (LOM)

LOM er en rimelig måte å printe objekter på ulike materialier, som papir, polymer og metall, men de trenger alle en ulik metode for å feste materialene sammen. Denne type teknologi ble utviklet av Helisys Inc. (nå Cubic Technologies). Denne metoden er ikke like populær, men den har potensiale fordi den er effektiv, rimelig og rask. Hvordan fungerer det? I LOM-teknologi rulles materialene på en konstruksjonsplattform. Typisk har de et klebrig belegg som smelter når materrulleren varmes opp. Det følgende laget festes så til det forrige.

Industrielle bruksområder for produksjonell 3D-printing

3D-printing er nå mye mer mer vanlig blant bedrifter. Mange sektorer har tatt denne teknologien i bruk og utvikler nye bedriftsmodeller og muligheter.

IfølgeGrand View Research, vil 3D-markedet øke med en årlig vekst på 20.8%, fra nesten 14 milliarder dollar i 2021. I 2021 leverte man 2.2 millioner enheter årlig, og man forventer å forsyne over 21 millioner enheter innen 2030.

Luftfart og forsvar

Bedrifter innen luftfart og forsvar var en av de første som tok i bruk 3D-printing. Merker som GE, Airbus, Bpoeing og Safran bruker denne teknologien, ettersom en av de viktigste fordelene er vektreduksjon, noe som har positiv effekt på belastning, drivstoffeffektivisering og karbonutslipp. 

3D-modell av en jetmotor printet på metallplast.

Designere kan skape robuste materialer og samlede komponenter, noe som er spesielt viktig i luftfart. Man kan nå utvikle nyttige deler som veggpaneler, luftkanaler og strukturerte metallkomponenter.

Forsvaret bruker droner, og hver eneste komponent i dronens komposisjon, bortsett fra de elektroniske delene, kan printes. 3D-modellene gjør det enklere å produsere tilbehør som deksel, kabinett, fester og boostere, alt for tilstrekkelig oppbevaring. Metallisk 3D-printing brukes også for å reparerer utstyr innen luftfart og forsvar.

Bilsektoren

I bilproduksjon er man alltid på jakt etter lette, slitesterke komponenter som tåler tøffe miljø for å forbedre kjørekomfort. For eksempel, Porshe designet en innovativ teknologi for bøtteseter , slik at kunder kan velge mellom tre fasthetsnivåer under kjøringen. Bortsett fra den ergonomiske passformen er setet er lettere, har et unikt design, forbedret komfort og passiv klimakontroll, alt takket være 3D-printing.

Holografisk 3D-projekson av en elbil.

3D-printing gjør at man har et bredt utvalg av robuste materialer, metoder og egenskaper til å skape svært kompliserte former, selv under høye temperaturer. Bedrifter bruker det, blant annet, for å teste designvalg og produsere skreddersydde deler. Men nå har det også åpnet dørene for å restaurere klassiske biler og reprodusere deler som ikke lenger fins på markedet.

Helsevesen

Man finner også 3D-printing i helsesektoren og i tannpleie, som bioprinting av vev og organer, anatomiske modeller for bruk i kirurigisk forberedelse og i bygging av krone- eller bro-modeller innen tannpleie. Innen tannpleie er mulighetene uendelige. Medisinske produsenter bruker et bredt utvalg av stive, fleksible, dekkende og gjennomsiktige materialer for å skape design som er mer skreddersydde enn noen gang tidligere. Hovedpoenget er at man kan skape nøyaktige objekter som er skreddersydd pasientens behov.

Selv om noen menneskelige deler i dag ikke kan printes, kan man likevel printe kunstige vev. Ifølge Nature Biotechnology, har man utviklet en metode, såkalt 3D-bioprinting, slik at man kan printe levende vev med biokompatible materialer, celler og ekstra komponenter. Dette betyr at strukturer som ben, hud og organer kan produseres gjennom bioprinting.

En modell av en tann i en medisinsk 3D-printer

Forbruksvarer

I denne sektoren har man også insett hvor viktig 3D-printing er i dagens samfunn. Man har utviklet flere bruksområder for å møte kundens behov. Vanligst blant disse er sko og briller, for bruk i sport og fritid. Andre er objekter som smykker, leker og løsninger for omtrent alt som kan ødelegges. Det brukes også for å bygge hus og biler på en økonomisk og bærekraftig måte; hvis man designer et hus med en 3D-printer vet man eksakt hvor mange materialer man trenger for å bygge et hus.

Andre bruksområder

3D-printing er så populært i dag, noe som gjør at det er vanskelig å gå gjennom alle fordelene ved denne teknologien. Vi har gått gjennom et fåtall, men det er verdt å nevne at det også brukes i avansert teknologi, som LiDar, GIS eller AI.

For eksempel, 3D-printing og geografiske informasjonssystem (GIS) kan forbedre visuelle egenskaper for instruksjonelle formål. Dette er et verktøy eller et system som viser og analsyerer data relatert til posisjoner på jordens overflate. Det er en base av kartnavigasjon (3D-kartlegging) slik at brukere kan fastsette sin posisjon. Dette vil være spesielt viktig for studenter slik at man kan involvere dem i grunnleggende GIS og geografiske ideer, som kartlegging, prosjektering og topologi. Med 3D-kartlegging kan man bruke maskinlæringsalgoritmer for å profilere objekter og produsere en 3D-modell for kartlegging i det ekte miljøet.

Man bruker også 3D-skanning i smarttelefoner. LIDAR, en fjernstyrt sensormetode for å undersøke en posisjon på jordens overflate, gjør det mulig for mobile enheter å kjøre AR-apper med høyere nøyaktighet. Fordi man bruke LIDAR i smarttelefoner, kan en kunde bruke en designapp som bruker AR for å visualisere og posisjonere møbler i kamerafeltet slik at man kan se hvordan møbler vil se ut i hjemmet (se bildet nedenfor).

En person bruker en designapp med AR for å se hvordan møblene vil se ut i hjemmet.

Fordeler ved 3D-printing

3D-printing gjør at man kan teste og visualisere et konsept før den fullstendige implementeringen. Alt dette skjer før man bringer produktet til live og begynner produksjonen for fullt. Derfor er hovedfordelen at brukere kan utvikle de fleste varer på datamasknier og produsere disse hjemme. Listen over alle fordelene er lang.

Hovedfordelene ved 3D-printing:

  • Reduserte kostnader og produksjonstid
  • Redusert avfall
  • Reduserte avvik
  • Forbedret helsevesen
  • Produksjon av komplekse modeller
  • Brukervennlighet
  • Fleksibel utforming
  • Print ved behov
  • Miljøvennlig

3D-printing, en innovativ teknologi

Flere og flere bedrifter tar nå i bruk 3D-printing og mange lurer på om det er en teknologi som vil ta over for de tradisjonelle metodene. Nesten alle sektorer har tatt i bruk denne teknologien. Spesielt med fokuset på smartere løsninger og digital produksjon, gjør det at flere blir oppmerksom på 3D-printing.

Anbefalte produkter

Monterte 3D-printere

Umonterte 3D-printere

Kretskortprinter, V-ONE, Voltera


Filamenter for 3D-skrivere, RND

Total
0
Shares
Forrige innlegg
Medisinsk PCB

Medisinske strømforsyninger: MOP, MOPP og MOOP

Relaterte innlegg