Så fungerar 3D-skrivare

3D-skrivarteknik, som också kallas additiv tillverkning, har utvecklats snabbt de senaste 15 åren. Tekniken lämpar sig väl när man ska specialtillverka relativt små produkter och vid enstyckesproduktion eller mindre serier av produkter, till exempel när man ska ta fram prototyper.

De vanligast förekommande 3D-skrivarna bygger på en teknik som kallas FFF – Fused Filament Fabrication eller FDM – Fused Deposition Modeling. Skrivare av denna typ smälter termoplast till tunna trådar genom ett uppvärmt munstycke. Tråden smälts sedan ihop i flera lager på varandra.

Andra vanliga 3D-skrivartekniker är:

Stereolithography – SLA

En UV-laser härdar en fotopolymerisk vätska mot en plattform. Plattformen flyttas sedan i små steg från lasern för att på så sätt kunna härda ett nytt lager på det tidigare lagret.

Powder Bed Fusion eller PBF

Ett samlingsnamn för tekniker som smälter ihop pulver av olika material till en 3D-figur. Med denna metod kan man till exempel göra homogena metallobjekt i komplexa former. PBF-skrivare är oftast väldigt dyra.

Binder jetting – BJ

En teknik som påminner om PBF men istället för en laser som smälter ihop materialet så tillförs ett bindemedel som limmar ihop materialet, som i filmens exempel är gips. Det ger fina ytor och är lätt att slipa till bättre ytfinish men är relativt ömtåligt om de inte behandlas med exempelvis epoxy.

De olika teknikerna har olika för och nackdelar. FFF eller trådskrivare är den mest använda och tillgängliga skrivartypen på grund av sitt låga pris. Trådskrivare kan skriva ut objekt i en uppsjö olika typer av thermoplastiska material med olika egenskaper som värmetålighet, flexibilitet/hårdhet och ledande eller isolerande förmåga. Det finns också filament med olika typer av förstärkningar som glasfiber eller kolfiber eller med olika typer av trä eller metallpulver som kan ge olika uttryck. Dessa olika material kan oftast med lite modifieringar skrivas ut med samma skrivare.

Filamenten är oftast 1,75 mm eller 2,85 mm i diameter. FFF kräver oftast att man printar en stödstruktur vid överhängande former. Det finns stödmaterial som är vattenlösligt vilket kan vara bra vi komplexa former. Med trådskrivaren kan man i de flesta fall få ut en färdig produkt som behöver väldigt lite efterbehandling.

SLA ger väldigt detaljerade och fina utskrifter men det finns dock ett mindre utbud av material. Den lämpar sig väl vid tunna och komplexa former. Utskriften kräver en del efterarbete då den behöver tvättas och gärna härdas med uv-ljus. SLA-skrivare är i allmänhet dyra och dessutom är materialet relativt dyrt. Maskinerna bör heller inte stå oanvända i längre perioder.

PBF, SLS (Selektiv Laser Sintring) och andra typer av pulverskrivare är dyra maskiner som ofta använd inom industrin eller på universitet. Dessa behöver inget stödmaterial då pulvret som inte sammanfogas blir ett naturligt stöd. Detta gör att man kan skriva ut väldigt komplexa former med framgång. Det ger hållbara och starka produkter, inte minst i metall där färdiga funktionella motordelar eller mekaniska komponenter kan skrivas ut.

Man bör välja teknik efter behov: Är det viktigast med snygg ytfinish eller önskas funktionella och hållbara modeller?

3D-filer för utskrift

För att kunna göra en 3D-utskrift måste man ha tillgång till en 3D-fil. Det vanligaste formatet för 3D-printfiler är .stl. Det finns en uppsjö av sidor på nätet där du kan ladda ner färdiga 3D-filer för utskrift. Det är oftast värt att se efter om någon redan har skapat en fil för det du vill skriva ut. Om filen inte finns måste 3D-filen skapas. Det gör man i någon form av 3D-program där du bestämmer mått och form på det objekt du vill skriva ut. Den färdiga filen exporteras sedan till själva utskriftsprogrammet som oftast följer med 3D-skrivaren.

I utskriftsprogram bestämmer du hur objektet ska skrivas ut, med vilken kvalitet, orientering och hastighet, samt om den ska vara fylld eller ihålig. Du kan också bestämma eller be programmet själv att skapa stödstrukturer.

Det är viktigt att filen är helt tät och inte saknar några ytor. Detta kan ofta utskriftsprogrammet varna för. Utskriftsprogrammet föreslår oftast om du behöver skriva ut med en stödstruktur. Avslutningsvis så delar programmet upp din fil i tunna skivor för att skrivaren skall förstå hur 3D-filen ska skrivas ut.

Material och miljö

Om man skriver ut med en FFF-skrivare kan det vara bra att tänka på att man inte har skrivaren i ett för litet rum eller ha den precis bredvid sin arbetsplats när den skriver ut. Det är också bra om ventilationen i rummet där skrivaren står är god, eftersom skrivaren hettar upp thermoplaster vilket kan leda till att ohälsosamma ångor och partiklar frigörs.

Eftersom en stor del av de 3D-utskrifter som produceras är i olika typer av plastmaterial så kan man ha åsikter om miljövänligheten. Ett vanligt material som fungerar till många typer av utskrifter är PLA (Polylaktid) som bygger på majsstärkelse och är naturligt nedbrytbar.

Det finns en del andra miljövinster med 3D-tekniken. I många fall kan man till exempel undvika frakter genom att skriva ut en produkt eller reservdel direkt i din verkstad. Det finns också fördelar att du kan skriva just reservdelar till trasiga produkter som annars kanske hade behövts slängas.

Exempel i utställningar

Det går alldeles utmärkt med att använda en 3D-skrivare till att skriva ut replikor av föremål i samlingarna. Dock kan den taktila känslan och vikten hos orginalföremålet gå förlorad. Ibland kan det vara bättre att göra en avgjutning i ett mer passande material. Det kan man då göra med hjälp av den 3D-utskrift som man skapat.