3D-utskrift är en snabbt utvecklande teknologi som för närvarande erkänns som framtiden för kortserieproduktion.
Men det var inte alltid så optimistiskt. När 3D-utskrift dök upp för flera bra decennier sedan behandlades den som en ganska imponerande men långsam nyfikenhet som inte skulle hitta verklig tillämpning. Den användes ibland för design och prototypning, men var aldrig tänkt att bli en av de grundläggande produktionsmetoderna.
Men de som inte förutspådde bra för 3D-skrivare kunde inte ha mer fel. Under de senaste 10 åren har 3D-utskriftsteknologi - och i metall - utvecklats till den grad att den har lockat många ledande tillverkare och hittar tillämpningar inom allt nya områden av industrin.
3D-metallskrivare
Under de senaste åren har det varit en skarp ökning av både utbud och efterfrågan på 3D-metallskrivare. Tillverkare introducerar ständigt nya lösningar för additiv tillverkning för metaller, som är snabbare, lättare att använda och mer effektiva, samtidigt som de tillåter användning av ett större antal olika metaller.
Av denna anledning använder ett ökande antal företag 3D-metallutskriftsteknologier för att producera metallkomponenter och prototyper, och drar också nytta av den ökade designfriheten som resulterar från själva idén om additiv utskrift. Metall 3D-skrivare används för närvarande inom olika industrier, såsom flyg- och rymdindustri, flyg, fordonsindustri, medicinska enheter, verktygstillverkning och bortom.
3D-utskrift
3D-utskrift, även känd som additiv teknologi, är processen att skapa ett tredimensionellt objekt från grunden, lager för lager. Det börjar vanligtvis med en digital, tredimensionell modell av delen, som digitalt "skivas" av programvara i många mycket tunna lager, där lagrets tjocklek beror på produktens form och typen av material som används.
Därefter laddas råmaterial, vanligtvis i form av pulver eller granulat, in i skrivaren. Det mest populära materialet är naturligtvis plast, men metaller som aluminium, titan, verktygs- och rostfritt stål, nickel, koppar, brons, kobolt och ädelmetaller (guld, silver, platina) används också allt mer. Råmaterialet värms till smälttemperaturen och appliceras av maskinen på arbetsytan, lager för lager, tills hela produkten är utskriven.
3D-metallutskrift
När vi tittar på det växande antalet industriella och kommersiella tillämpningar av additiv teknologi är metall 3D-utskrift alltid i förgrunden. Det är en av de snabbast växande produktions teknologierna. Det kan nu användas i kombination med andra tekniker för prototypning och kortserieproduktion. I vissa fall är kvaliteten på 3D-utskrivna metallobjekt och utskriftseffektivitet redan jämförbar med, eller till och med högre än, traditionella teknologier.
3D-metallutskrift används i prototypning och kortserieproduktion inom rymdindustrin, flyg, fordonsindustri, maskinteknik och i tillverkningen av medicinska och laboratoriesystem.
Hur fungerar 3D-metallutskrift?
3D-metallutskrift är en bred term för en familj av flera teknologier. Enkelt uttryckt kan vilken som helst tillverkningsteknologi som möjliggör skapandet av metallobjekt lager för lager genom smältning, svetsning eller sintring kallas en 3D-metallutskriftsprocess. Det finns verkligen många lösningar som tillåter utskrift i metall, men det är värt - som alltid - att lära känna de mest använda.
Grundläggande 3D-utskriftsteknologier
Tre huvudtekniker används i 3D-metallutskrift:
- DMLS (Direct Metal Laser Sintering)
- SLM (Selective Laser Melting)
- EBM (Electron Beam Melting)
DMLS 3D-utskrift
Direct Metal Laser Sintering eller DMLS är den mest populära metoden för 3D-metallutskrift. Lasern används för att sintra metallpulver, lager för lager, för att skapa den utskrivna delen.
Material som används i denna utskriftsteknik inkluderar ett brett utbud av metalllegeringar, såsom maragingstål, aluminium, Inconel 625 nickel-kromlegeringar, kobolt-kromlegeringar och titan.
DMLS-tekniken används för att skapa prototyper och maskindelar. Den kan användas för att producera element med underklipp, fördjupningar och olika lutningsvinklar. Dessa inkluderar medicinska enheter, instrument, prototyper och verktyg.
SLM 3D-utskrift
Selective Laser Melting eller SLM, som namnet antyder, involverar smältning av materialet. 3D-utskrift sker i en inert gasmiljö. Av denna anledning är kvaliteten på SLM 3D-utskrift mycket nära kvaliteten på delar tillverkade genom gjutnings- eller smidesmetoder.
Objekt tillverkade med SLM 3D-utskriftsteknologi är mycket hållbara. Av denna anledning kan denna teknologi användas för att producera mekaniska delar, såsom propellrar och kugghjul, samt produkter som används inom fordons-, medicinsk och flygindustrin.
EBM 3D-utskrift
Electron Beam Melting eller EBM-tekniken liknar SLM-utskrift, men använder en elektronstråle istället för laser. Denna teknologi är snabbare och mer exakt än laserassisterad utskrift, och produkter utskrivna med den är generellt mer hållbara än delar som erhålls i andra metallutskriftsprocesser.
EBM-metoden används huvudsakligen för tillverkning av objekt av titan och kobolt och inkluderar delar och komponenter för flygplan, rymdfärjor, raketer och motorer.
Fördelar med 3D-metallutskrift
En stor fördel med 3D-metallutskrift är designfrihet. 3D-utskrift ger tillverkare möjlighet att producera element med extrem geometrisk komplexitet som antingen inte kan göras eller är mycket svåra att göra med traditionella bearbetningstekniker.
Minimalt avfall: I de flesta fall är det enda material som behövs för att skriva ut en produkt det som används i den färdiga produkten. Dessutom finns det praktiskt taget inget överskottsmaterial, och eventuella rester kan återanvändas eller återvinnas. Detta betyder naturligtvis en lägre kostnad för produktionsprocessen.
Enstegsproduktion: under 3D-utskriftsprocessen arbetar maskinen automatiskt, utan operatörövervakning. Detta betyder att en operatör samtidigt kan driva flera skrivare, vilket möjliggör minskning av arbetskostnader. Beroendet av andra traditionella produktionsprocesser, såsom skärning, fräsning och svetsning, minskas också eftersom hela produktionsprocessen sker i en maskin.
Dessutom är metall 3D-skrivare mycket mindre än de flesta avancerade CNC-maskiner, vilket betyder att de tar upp mindre plats i produktionshallen. De möjliggör också förkortning av produktionsprocessens tid.
Dessutom 3D-metallutskrift:
- Tillåter snabbare produktion av komplexa delar jämfört med traditionella produktionsmetoder.
- 3D-metallutskrift är billigare än traditionella tekniker
- Beroende på den valda teknologin tillåter 3D-metallutskrift exakt produktion av objekt med mycket komplex geometri.
- Även i fallet med mycket komplexa design erhålls delar av extremt hög styrka. Detta är en av anledningarna till varför 3D-utskrivna komponenter är mycket efterfrågade inom flyg-, rymd- och militärindustrin.
- 3D-metallutskrift genererar inte materialavfall, till skillnad från traditionella produktionsmetoder.
Kort sagt är 3D-metallutskrift en idealisk teknik för att skapa komplexa delar som är svåra att producera med traditionella teknologier eller när sådan produktion skulle vara ineffektiv.
Framtiden för 3D-utskrift
I framtiden kommer många "nackdelar" med 3D-utskrift att minimeras eller helt elimineras när teknologin blir mer utbredd. Och eftersom designers inte sysslar och innovationer dyker upp som svampar efter regn kommer kostnaden för 3D-skrivare själva också att minska.
Nya skrivare kommer också att kunna använda fler typer av material och bli snabbare. Därför kommer projekt som för närvarande tar dagar att slutföra att avslutas inom timmar eller till och med minuter.
Under de kommande åren kommer 3D-utskrift att fortsätta utvecklas och förändra tillverkningslandskapet. Det kommer att bilda grunden för anpassad och kortserieproduktion. Det kommer också att användas i massproduktion inom många industrier, såsom fordons-, flyg-, hälsovård och bortom.