3D-printning

(Omdirigeret fra Digital fabrikator)

3D-printning bliver også kaldet "Additive Manufacturing" eller blot AM, fordi 3d printere skaber 3d objekter ved at lægge lag for lag oven på hinanden af et givent materiale. I modsætning til hvad man kunne kalde "Subtractive Manufacturing", hvor et fræsehoved fjerner materiale fra en blok materiale. En ISO/ASTM standard navngiver 7 forskellige 3D-print kategorier, der er meget forskellige i pris og kompleksitet. De billeder du ser her på siden er den teknologi der kaldes "Material Extrusion" og de 2 mest udbredte teknikker indenfor denne kategori er "Fused Filament Fabrication" FFF, som er en Open Source teknik inspireret af "Fused Deposit Modelling" FDM, som reelt er et Stratasys varemærke. Blandt hobbyister forveksles FFF ofte med FDM.

3D-beton-printer under bygning, set fra oven.
3D-beton-printer under bygning, set fra neden.
En 3D-printer i funktion

Opløsning eller VoxelsRediger

Når vi taler om print i 2D og om skærmbilleder er det relevant at tale om opløsning, men når der tales 3D print giver det ikke så meget mening:

Ved 2D print er succeskriterierne at opløsningen er så høj, så man ikke kan se billedpunkterne (pixels) og det er mindre vigtigt at styre mikrometer præcist hvor stort et billede er på papiret. Med 3D print forholder det sig omvendt: Opløsningen er næsten ligegyldig, når bare man har 100% kontrol over størrelsen på det printede objekt.

Det meste print i 2D er bitmap eller pixelgrafik mens det meste 3D print er vektorbaseret. Se en wikipedia forklaring her: Vektorgrafik

Der er dog nogen 3d printer producenter der taler om opløsning, og når de gør det skelner de mellem lagtykkelse (z aksen) og X-Y opløsning i Dot Per Inch (dpi). Lagtykkelser ligger mellem 300 mikrometre (0,3 mm) og 0,05 mm. X-Y opløsningen er sammenlignelig med laserprinteres. Partiklerne (3D-punkterne) er omkring 50 til 100 mikrometre (0,05-0,1 mm) i diameter. Det er de færreste 3D-printere som angiver X-Y opløsning i dpi, idet dette kun gælder for de 3D-Printere der anvender en teknologi sammenlignelig med 2D printere. FDM printere som eks. Stratasys's Dimension, arbejder vektorbaseret, hvor dpi angivelsen ikke er relevant.

Hvis du laver en googlesøgning på "3d print" kombineret med "opløsning", vil du sikkert støde på udtrykket "En Voxel" som er en 3 dimensionel pixel. Problemet med at bruge dette udtryk, er at det ikke tager højde for at der er forskel på dimensionerne i z aksen og x-y akserne. - Det ville være et smukt begreb i en perfekt verden, hvor en 3d printer bare var en laserprinter som printede i 3d, men så enkelt er det desværre ikke.

Standarder ordner en kaotisk verdenRediger

ISO/ASTM standarden for additive manufacturing er meget omfattende, se evt. denne oversigt over standard strukturen: https://www.astm.org/COMMIT/F42_AMStandardsStructureAndPrimer.pdf. Standarder er vigtige fordi de er med til at definere hvad der tales om. Hvis alle producenter af udstyr til 3D print får lov til at opfinde deres egne ord, vil en køber ikke kunne sammenligne produkterne fra forskellige producenter.

Standarden definerer syv kategorier af 3D printere:

  • "Material Jetting" - Her sprøjtes materialet i tynde lag
  • "Powder Bed Fusion" - Her bliver et tyndt lag pulver opvarmet med en laser så det smelter sammen
  • "Binder Jetting" - Her bliver et tyndt lag pulver sprøjtet med et bindemiddel
  • "Directed Energy Deposition" - Denne teknik ligner svejsning, men med en laser/energistråle
  • "Material Extrusion" - Her mases et materiale gennem en tud (tænk tandpasta)
  • "Sheet Lamination" - Her printes, skæres og limes en masse sider sammen
  • "Vat Photopolymerization" - Her stivner en væske, hvor en laserstråle rammer

Under hver kategori er der så flere teknologier.

Den mest kendte kategori er "Material Extrusion" fordi det er indenfor denne kategori man finder FFF print teknologien som er så simpel at folkeskoleelever selv kan bygge en 3D printer. Universitetet i Bath, England gjorde FFF 3D printere til folkeeje, da de startede med at bygge de første FFF 3D printer som et Open source projekt. Open source har æren for at starte 3D print revolutionen for hobbyister, se mere om projektet her RepRap-projektet.

Da Stratasys patent på FDM teknologien udløb i 2009 exploderede salget af FFF printere. https://techcrunch.com/2016/05/15/how-expiring-patents-are-ushering-in-the-next-generation-of-3d-printing/ og efterhånden som de andre patenter indenfor de andre 3D print kategorier udløber, vil vi se at disse også kommer i langt billigere udgaver og muligvis også som Open source.

Patentet for Stereolitografi SLA udløb i 2013 og siden da er stereolitografi ved at blive populært hos hobbyister. Stereolitografi ligger i kategorien "Vat Photopolymerization".

"Sheet Lamination" var en ret lovende teknologi som muliggjorde print i tusindvis af mættede farver. Den irske producent Mcor ser desværre ud til at være gået nedenom og hjem, og jeg har ikke kunnet finde andre producenter.

"Powder Bed Fusion" og "Directed Energy Deposition" kræver en stærk laser og de kommer desværre nok aldrig ud mellem hænderne på private, fordi stærke lasere er meget dyre.

"Material Jetting" og "Binder Jetting" minder lidt om inkjet printere, og da inkjet er en ret kompleks teknologi, er der desværre heller ikke den store sandsynlighed for at vi kommer til at se dem som Open source.

Materialer der kan printes medRediger

Det 3D print materiale der er mest udbredt er termoplastik, men der er en meget lang række af andre materialer der også kan printes med:

Printere indenfor kategorien "Material Extrusion" kan printe med: Termoplastik som PLA, PETG, ABS, Nylon, Polykarbonat mfl., levende celler, mad, kager, cement, ler, medicin etc. Og det er også ret udbredt med termoplastic blandet med kulfiber, tang, glasfiber, træfiber, græsser, metalpulver, og i det hele taget restprodukter efter forskellige former for produktion, for eksempel hummel fra ølproduktion, sukkerrør, kaffe, hamp, soya mm.

"Powder Bed Fusion" og "Directed Energy Deposition" printer i metaller som stål, rustfrit stål, aluminium, kobber, guld, platin, sølv, palladium, tungsten og niobium.

"Sheet Lamination" 3D printere printer i papir og metalfolier.

Den væske som "Vat Photopolymerization" printere printer i er flydende fotopolymer resin, som er giftigt at arbejde med, tyktflydende og ret dyrt. Det ting der bliver printet har en flot finish i forhold til andre 3d print teknologier, men det færdigprintede objekt skal til gengæld efterhærdes i solskin, men alligevel er de ret porøse, og som sådan ikke egnet som mekaniske dele.

HistorieRediger

Der er gennem tiden gjort flere forsøg på at skrive 3D printerens historie, men historien er som regel enten skrevet af industrien eller af hobbyister, og æren for udviklingen tilskrives enten industrien eller hobbyisterne, og der er ingen tvivl om at æren bør fordeles ligelig: Ideerne startede i industrien, men blev og bliver videreudviklet når patenterne udløber og teknologien bliver Open Source.

1981 Mange tror at 3D-print er en relativ ny teknologi, men 3D-printeren blev faktisk opfundet allerede i starten af 1980'erne. Det var således Hideo Kodama fra Nagoyas industrielle forskningsinstitut i Japan der i 1981 var den første til at udvikle en additiv produktionsenhed af "Vat Photopolymerization" kategorien [1].

1988 Den første kommercialisering af 3D-printere stod virksomheden Stratasys for, da de i 1988 gjorde brug af rettighederne til deres ejer S. Scott Crumps FDM 3D-printer-teknologi. Stratasys's 3D-printer kom først på markedet i 1992 og havde en begrænset succes grundet dens høje pris og teknologiske begrænsning[2].

2003 Nye versioner af Stratasys's FDM 3D-printere havde større markedssucces og i 2003 var de således den mest solgte rapid-prototyping-teknologi.

2004 RepRap-projektet blev startet af Adrian Bowyer på Bath Universitet, hvor han og hans studiekammerat skrev opgave om en selvreplikerende maskine, som senere blev kaldt RepRap (Rapid Replikation). Den er frigivet under GNU-licensen.[3][4]

2009 Udløb patentet på Stratasys FDM teknologi.

2009 Blev ASTMs standardiseringsprojektet for Additive Manufacturing F42 startet.

2009 Åbnede MakerBot Industries, som lavede den den først kommercielle Open Source 3d printer: https://en.wikipedia.org/wiki/MakerBot

2003 Udløb patentet på SLA - Stereolitografi.

2014 Blev Danmarks første professionelle forretning for 3d print åbnet i København: 3D Printhuset

2017 Blev Danmarks første hus printet i København. [1]

AnvendelserRediger

3D print er stadig i voldsom vækst og anvendelsen af teknologien ligeledes. I starten var den primære anvendelse design, visualisering, skuemodeller og prototyper. Men efterhånden kommer der flere eksempler på 3D print i masseproduktion, eller til produktion af reservedele. Det kan tage flere uger fra bestilling til en reservedel til en militær tank kommer frem, og prisen på den slags er ofte astronomiske, så derfor er der historier om at det Amerikanske militær har 3d printer af typerne "Powder Bed Fusion" og "Directed Energy Deposition" stående, til at lave reservedele - just in time.

Fornylig er brugen af 3D-printning teknologi forslået til kunstneriske udtryk, kunstneren Bathsheba Grossman anvender forskellige 3D printede prototype i mange af sine værker.[5]

Der bliver i øjeblikket forsket i 3D-printning teknologi på bioteknologifirmaer og på universiteterne og anvendelse af 3D print til udprintning af organer og kropsdele er langt fremme. Når en 3D printer af "Material Extrusion" typen printer et øre, lægges der lag på lag af levende celler på en gelémedium som bygges langsomt op til af forme øret eller andre 3D-strukturer. [6][7]

Printere i kategorierne "Powder Bed Fusion" og "Directed Energy Deposition" bliver brugt af industrier som bilindustrien, skibsværfter, i militæret, i fly produktion og til produktion af rumfartsudstyr.

Printere i kategorien "Vat Photopolymerization" bliver brugt af tandlæger og af guldsmede.

Selv-replikationRediger

3D-printere som kan kopiere sig selv er et teoretisk mål som i øjeblikket forsøges nået. En sådan printer under udvikling kaldes RepRap, men en aflægger af RepRap projektet; Mulbot er kommet længst med at replikere sig selv. Du kan hente "tegningerne" til Mulbot her: https://www.thingiverse.com/thing:3432384

Kilder/referencerRediger

  1. ^ Hideo Kodama, "A Scheme for Three-Dimensional Display by Automatic Fabrication of Three-Dimensional Model," IEICE Transactions on Electronics (Japanese Edition), vol. J64-C, No. 4, pp. 237–41, April 1981
  2. ^ https://www.sys-uk.com/news/a-history-of-3d-printing-with-stratasys/
  3. ^ Computerworld > Open source 3D printer copies itself
  4. ^ WebHome < Main < Reprap
  5. ^ artist Bathsheba Grossman's laser sintered sculptures
  6. ^ ABC News: 'Organ Printing' Could Drastically Change Medicine
  7. ^ DR – Hjerter skal printes i 3D

Se ogsåRediger

Eksterne henvisningerRediger

Wikimedia Commons har medier relateret til: