7. Tekniker för 3D-utskrift

Det finns ett flertal olika tekniker för 3D-utskrift, beroende på material och önskvärda egenskaper hos den färdiga modellen. De vanligaste teknikerna som används i 3D-skrivare för konsumentmarknaden är FDM (Fused Deposition Modeling) och Polyjet.

Förutom additiv tillverkning, kan andra digitalt styrda tillverkningsprocesser, till exempel CNC-fräsning och svarvning, användas för att skapa fysiska modeller av digitala modeller.

FDM

FDM (Fused Deposition Modeling) är den teknik som används i nästan alla 3D-skrivare för konsumentmarknaden. Den kallas även för FFF (Fused Filament Fabrication) eller MPD (Molten Polymer Deposition). Tekniken påminner om bläckstråleteknik; med skrivhuvuden som bygger upp modellen lager för lager med tunna trådar av smält, flytande termoplast som spritsas på en byggplatta och sedan härdas (stelnar) när den svalnar. Tråden, som vanligtvis är mellan 1.75 mm och 3 mm tjock, trycks igenom ett munstycke som är mellan 0.25-0.8 mm och smälter ihop med det underliggande lagret. När lagret är färdigt sänks byggplattan i höjdled för att nästa lager skall kunna byggas ovanpå. Materialet som används är oftast plasttråd på rulle, kallad filament.

Utbudet av material för denna teknik är begränsat, och de vanligaste materialen är plasterna ABS (Akrylnitril-Butadien-Styren), PLA (Polylaktid eller polymjölksyra) och PC (Polykarbonat).

PLA är en mjölksyrebaserad bio-polyester, och är tillverkad av förnyelsebara råvaror som till exempel majs- och sockerstärkelse. PLA går att få livsmedelsgodkänd, och används ofta i matförpackningar.

ABS är en stark, seg och relativt billig plast. Den är även lätt att färga och förkroma för att få en metallyta. Vanliga användningsområden för ABS är i bilbranschen och i leksaksbranschen; de flesta LEGO-bitar som inte är transparenta är tillverkade av ABS.

PC är en transparent termoplast med exceptionell hållbarhet. Den används främst till butiksfönster och dörrfönster som skall vara stöt-, spark- och slagtåliga, samt till flygplansfönster, visir, maskinskydd och andra produkter som behöver vara både hållbara och transparenta. Även CD-skivor tillverkas av PC. Polykarbonat skall inte förväxlas med Plexiglas – en akrylplast som är sprödare än det sega polykarbonatet. Man kan skilja materialen åt genom att bända dem. Plexiglaset kommer då brytas av medan polykarbonatet böjs. Polykarbonat kan brinna i luft, men är självslocknande och underhåller själv inte förbränning.

FDM– teknikens fördelar är att den är enkel och billig att hantera, med möjlighet till utskrifter i exceptionellt hållbara material som dessutom finns i många färger och kan ges metallyta. Nackdelarna är mindre tilltalande ytstruktur och dålig detaljåtergivning på grund av låg upplösning och varierande måttnoggrannhet i enklare konsumentmaskiner. Vissa modeller kan också behöva stödkonstruktioner för att kunna skrivas ut med denna teknik.

Polyjet

Polyjet är en teknik där små droppar av två olika polymerer (härdplaster) läggs ut på en platta och sedan härdas direkt av UV-strålning. Det ena materialet är själva byggmaterialet, och det andra är ett stödmaterial som enkelt kan tas bort när utskriften är klar. Tekniken ger en jämnare yta med bättre detaljåtergivning än FDM-modeller, där lagren ofta är synliga.

Utbudet av material är stort, med 1000-tals olika material som kan kombineras med varandra i en och samma modell. Materialen kan vara både färgade och transparenta, liksom gummiliknande och böjliga. För modeller som skall utsättas för stora fysiska påfrestningar, kan dock FDM-teknikens starka termoplaster vara ett bättre alternativ. Härdplaster, som används för modeller i polyjet-teknik, kan till skillnad från termoplaster inte smältas om, och omarbetas till nya produkter.

SLA

SLA är en förkortning av Stereolithography, och skrivaren skapar modeller genom att härda plast i vätskeform, lager för lager, med hjälp av en UV-laser. Det finns konsumentskrivare som bygger på denna teknik, men de är inte lika vanliga som skrivare för FDM och Polyjet.

Fördelar med SLA är mycket god upplösning och detaljåtergivning, samt möjlighet att skapa genomskinliga utskrifter. Nackdelarna är att det kan vara besvärligt att hantera vätskan vid påfyllning och efterbearbetning, vissa former kräver stödmaterial, och modellen kräver härdning när den är klar i 3D-skrivaren.

DLP

DLP (Digital Light Processing) är en teknik som liknar SLA, men där härdas plastvätskan av en projektor istället för en laser. Slutresultaten är likvärdiga; tillverkningsprocessen är dock snabbare för DLP, med mindre materialspill och lägre driftkostnader.

SLS

SLS (Selective Laser Sintering) kallas på svenska för lasersintring. På samma sätt som med tekniken SLA används en laser för att sammanfoga materialet, som i detta fall är i pulverform. Alla material som har en smältpunkt och går att producera i pulverform kan (åtminstone teoretiskt) användas för framställning av modeller i denna teknik.

Vanliga material förutom plaster är metaller, keramik och glas. Inga stödmaterial behövs, materialegenskaperna är goda och det är möjligt att skapa mycket komplexa geometrier. Denna teknik används inte för konsumentmaskiner, hantering av pulvermaterial är dessutom krävande och materialkostnaderna höga.

CJP

CJP (ColorJet Printing) är en pulverbaserad teknik, där ett lager pulver läggs ut och sedan används ett skrivarhuvud, liknande en bläckskrivares, för att lägga ut en vätska som binder samman pulvret på rätt ställen till en solid yta. Byggytan sänks ner en lagertjocklek, och sedan upprepas processen tills modellen är klar. I likhet med SLS kräver inte den här tekniken något extra stödmaterial, och det är därför enkelt att skapa komplexa geometrier. En CJP-skrivare kan även använda flera färger samtidigt. Teknikens stora nackdel är att modeller i keramiska material blir mycket sköra.