Med ny teknologi for lagvis produksjon kan komplekse strukturer produseres både raskere og med større variasjon i materialvalg enn med tidligere prosesser.
Med ny teknologi for lagvis produksjon kan komplekse strukturer produseres både raskere og med større variasjon i materialvalg enn med tidligere prosesser. (Foto: HP)

3D-PRINT I PRODUKSJONSPROSESSER

Nye 3D-printere er ti ganger raskere enn dem vi kjenner

Kan overta prosesser i masseproduksjon.

Digital teknologi gjennomsyrer svært mye av det som produseres i dag. Programvare av ulike typer benyttes i alle trinn av prosessen fra idefase til konstruksjon, produksjon og vedlikehold.

Industri 4.0 er blitt en revolusjon vi snakker om på tredje året med AI, det industrielle internettet, big data, robotisering og selvfølgelig med digital produksjon. Det er programvare som styrer produksjonsprosessene enten det er injeksjonsstøping, CNC-maskiner eller andre prosesser.

Likevel er det mange som forbinder 3D-printing med den ultimate teknologien for digital produksjon. Det er kanskje ikke så rart. Her trykker man på knappen og så kommer produktene ut ferdige etter noen timer.

Sammenlikner vi gammeldags trykkteknologi med det som kommer ut av moderne blekk- og laserskrivere, er det lett å finne en analogi. Det å skrive ut noe i offset-trykk krever investeringer i plater, oppspenning og mye manuelt arbeid selv om slik teknologi er blitt mer automatisert. Men det betyr at det første eksemplaret av det som trykkes er svært kostbart. Slik er det med produksjon av fysiske produkter også.

3D-print er som 2D-print. Det er dyrt å fremstille en eller noen få, men særdeles mye billigere å lage mange produkter.

Gigantmarked

Markedet for tradisjonell produksjon er enormt. Den delen som fremstilles av 3D-printere er på usle fire til fem milliarder dollar, men det vokser 30 prosent årlig.

De siste ti årene har 3D-printere utviklet seg fra utrolig trege maskiner for å lage lavoppløste ting som liknet på prototyper. I dag er de raske, presise maskiner som printer ut fantastisk detaljerte tredimensjonale konstruksjoner. For det meste i plast, men også i metaller. Visjonen er fremdeles at disse maskinene skal kunne overta produksjonsprosesser. Og i noen tilfeller gjør de det. Spesielt der det ikke er noen annen mulighet til å fremstille den komplekse strukturen i konstruksjonen.

I fjor lanserte HP sin nye 3D-printer. Med en teknologi helt ulik andre, som har vært på markedet siden 80-tallet.

For noen år siden forfremmet samme selskap den gode gamle blekkskriveren til en skikkelig laserdreper ved å skrive i hele papirbredden samtidig. Det er slik teknologi vi finner igjen i de nye 3D-skriverne.

De har arvet den såkalte pagewide-teknologien til sine todimensjonale slektninger som gjør at de i løpet av et kort sveip over materialet i form av et tynt pulverlag sørger for at det blir til et sjikt i det nye produktet. Dette kan printes i et stort antall uten at det går ut over hastigheten. Hvor mange er begrenset av byggekammerets størrelse, men egen programvare sørger for å stable mest mulig inn i det tredimensjonale rommet.

Vi på bruker stadig mer 3D-printing. Både til å fremstille prototyper og til å lage deler til autonome farkoster

Hege Skryseth, Kongsberg Digital

Prosessen starter i byggekammeret som i praksis er en metallkasse med en hev og senkbart gulv. I starten er gulvet kjørt helt opp. En mekanisme henter hvitt pulver fra materiallageret på siden og en skrape trekker et ca. 80 mikrometer tykt lag utover flaten. Deretter dusjes laget med to ulike væsker. Den ene væsken farger det hvite pulveret svart, men den andre, såkalte detaljeringsvæsken, legges inntil og på utsiden av voxlene som er farget svarte.

Voxler er tredimensjonale pixler og printeren adresserer slike med en oppløsning på 21x21x80 mikrometer. Detaljeringsvæsken modifiserer varmeledningsevnen slik at ikke produktet avgrenses skarpt.

Når de to væskene er påført, skrus et batteri av lamper over byggekammeret på og gir en lynrask smelting av den svartfargede polymeren. Sort trekker til seg den intense infrarøde varmestrålingen, mens det hvite pulveret reflekterer varmen. Pulveret, som er behandlet med detaljeringsvæske, er så isolerende at varme fra de nysmeltede svarte og svært varme voxlene ikke ledes over.

Hele prosessen tar syv sekunder mellom hvert lag. Det betyr ingen ting for hastigheten hvor mange detaljer det er i hvert lag, akkurat som det ikke tar lengre tid å skrive ut en strek i en HP pagewide blekkskriver enn et komplekst fotografi.

Det faktum at dysene i løpet av noen få sekunder skyter ut 320 millioner dråper, er den ene årsaken til at den nye teknologien er så rask. I tillegg kommer den korte tiden mellom hvert lag.

Kompleks varmestrøm

Nye løsninger gjør det mulig å 3D-printe i farger. Foto: HP

– Det er for så vidt riktig at teknologien lar seg sammenlikne med hvordan vi skriver ut i 2D, men den er likevel mye mer kompleks. Når vi skriver på denne måten, må vi ta hensyn til varmestrømmen som oppstår i hvert lag. Den skal smelte de svarte partiklene til hverandre både sideveis og mellom lagene. De varmeste nye lagene øverst påvirker også lagene nedover, men også de nye lagene vi legger oppå. Derfor har vi hundrevis av termosensorer som måler varmefordelingen over hele bredden for hvert pass slik at vi kan styre IR-lampene optimalt, sier HPs sjef for 3D-printing, Ramon Pastor, på telefon fra hovedkvarteret i Palo Alto sør for San Fransisco.

For å gjøre produksjonsprosessen mest mulig effektiv er den delt i to. I selve produksjonsenheten finner vi byggekammeret, mens alt det andre viktige sitter rundt. Det betyr at man kan ha flere byggekammer som går på hjul. Når en produktkjøring er ferdig, og byggekammeret er fullt, kan man rulle det ut og sette inn et nytt og kjøre videre med en gang.

Det fulle kammeret rulles så inn i en etterbehandlingsenhet hvor innholdet kjøles ned og hvor det ubrukte pulveret ristes og suges ut. Det ubrukte materialet kan brukes til mer produksjon.

Produserer i farger

For kort tid siden lanserte HP neste trinn som skal ta dette markedet, med to nye modeller. Dette er mindre og billigere enheter hvor både produksjon og etterbehandling skjer i samme enhet. Men de to, som bare skiller seg fra hverandre med størrelsen på byggekammeret, har mye ny teknologi å by på. Disse skriverne har ikke bare to, men hele åtte ulike væsker, hvorav syv er i bruk fra starten.

Det gjør at de kan produsere produkter i farger. Faktisk kan de fire primærfargene, cyan, magenta, gul og svart gi hvert eneste voxel en unik farge av en palett på millioner. Man kan lage gjennomfargede produkter, men i praksis vil man legge fargene som et mer elle mindre tykt skall rundt en billigere svart kjerne.

Så kan man spørre seg hvordan det er mulig å gjennomfarge et voxel som er svart?

Slik ser HPs nye 3D-printer ut. Foto: HP

– Det er det som er unikt her. De nye 300- og 500-modellene kan selvfølgelig skrive svart også, for de benytter den samme prosessen som i de store produksjonsmaskinene. Men her har vi klart å forske frem en væske som kan modifisere hvitt pulver slik at det tar opp varmestråling. Hvitt pulver reflekterer IR-lys, men den nye væsken inneholder klare partikler som er følsomme for en energitopp i IR frekvensområdet. På den måten kan vi smelte hvite eller fargede voxler, forklarer Pastor.

HP har lært et og annet om forretningsdrift fra Steve Jobs og Apple. En av fordelene med den nye teknologien er at den ikke er så kresen på materialene man bruker, bare de lar seg smelte sammen med væsker og varme. Og materialer er det mange andre som kan bedre enn HP. Derfor har de etablert en slags nettbutikk for materialer som andre produsenter kan selge gjennom. De har allerede inngått avtaler med materialprodusenter som BASF, Henkel, Evonic og flere andre.

Samtidig er det et poeng at materialene skal være billige. Tradisjonelt er materialer til 3D-printere svært dyre, mens materialer til injeksjonsstøping er billige.

Utbredelsen øker

Mange ser på metaller som en slags hellig gral, og HP har sagt at teknologien deres skal utvikles videre til å håndtere dette, og vi har selv sett metallprodukter fra labben deres. Men de har ikke sagt hvordan de skal gjøre det. Det som er sikkert, er at dette ikke blir som dagens metallprintere hvor de fleste er basert på lasersmelting av lag med metallpulver.

Derimot kan det være at HP gjør det hele mye enklere ved å bruke et pulver av metall og en væske som limer sammen metallet i riktig form. Deretter må delene som produseres, settes inn i en ovn som «fremkaller» eller sintrer sammen metallet ved at limet/polymeren fordamper mens metallkornene binder seg til hverandre ved svært nøye temperaturkontroll.

– Jeg kan ikke kommentere den nye teknologien til HP, for den kjenner vi ikke, men vi på Kongsberg bruker stadig mer 3D-printing. Både til å fremstille prototyper og til å lage deler til autonome farkoster (AUV-er). I slike er det så trangt at vi må omgå begrensingene og utnytte all den ledige plassen. Det er ikke lett å få til med tradisjonelle produksjonsmetoder. Det som er viktig er at produktene vi lager får den styrken vi trenger, sier adm. dir. i Kongsberg Digital, Hege Skryseth.

– Vi ser ikke på dagens 3D-printere som hovedkonkurrenten. Det er den nedre delen av produksjonsmarkedet som er interessant for oss. Det er veldig mye større. På sikt vil dette kunne gi  store endringer. I stedet for å holde delelager eller sende deler jorda rundt sender vi en 3D-modell-tegning til utskrift lokalt. Enten delen er i plast eller metall. Dette vil endre hvordan vi skaper og produserer produkter i fremtiden og åpne et helt nytt marked for 3D-printtjenester, sier adm. dir. i HP Norge, Verner Hølleland.

Kommentarer (3)

Kommentarer (3)