En omfattende guide til 3D -udskrivningsmaterialer

3D-printteknologi har revolutioneret fremstilling og produktdesign i de senere år. 3D-printning, også kendt som additiv fremstilling, bygger objekter lag for lag ved hjælp af materialer som plast, metaller, keramik og kompositter. Efterhånden som mulighederne hos 3D-printhardware og -materialer fortsætter med at udvikle sigFlere brancher tager denne teknologi i brug. Men med så mange maskiner og materialemuligheder tilgængelige nu, kan det blive overvældende for nybegyndere. Denne guide har til formål at give et omfattende overblik over almindelige 3D-printteknologier og -materialer.

Typer af 3D-printteknologier og foretrukne materialer

Der findes flere metoder til at sammensmelte materialer under lagdelingsprocessen i 3D-printning:

• Sammensmeltet depositionsmodellering (FDM) Printere ekstruderer opvarmede termoplastfilamenter gennem en dyse på byggepladen. ABS- og PLA-plast anvendes ofte.
• Stereolitografi (SLA) Størkner flydende harpiks til hærdet plast ved hjælp af en ultraviolet laserstråle rettet mod scanningsspejle. Harpikser er formuleret til lav viskositet og hurtige hærdningstider.
• Selektiv lasersintring (SLS) sintrer fint plast-, keramik- eller metalpulver sammen med en højtydende laser. Der kræves ingen støttestrukturer, og komplekse interne funktioner kan fremstilles.
• Ddirekte Metal Laser Sinteragerende (DMLS) er en lignende pulverlejeteknologi, der er specielt designet til forarbejdning af højstyrkemetalllegeringer.

Andre metoder som materialejetting og bindemiddeljetting kan printe i fuld farve eller bruge eksotiske metallegeringer. Mulighederne fortsætter med at udvides i takt med at 3D-printteknologier og materialer udvikler sig.

Plast i 3D-printning

Materialeingeniører fortsætter med at fremme termoplasts muligheder for FDM-printning. Her er nogle avancerede filamenter i stand til at trykke holdbare slutprodukter:

• ASA (acrylonitril styren acrylat)tilbyder UV-resistens tæt på ABS sammen med udendørs vejrbestandighed.
• PC (polycarbonat)producerer superstærke plastkomponenter, der i nogle tilfælde kan erstatte maskinbearbejdede metaldele. Imidlertid er viden om trykning afgørende for god vedhæftning mellem lagene.
• TPU (termoplastisk polyurethan) og fleksible TPE-filamentermuliggør gummilignende print med exceptionel bøjelighed til applikationer som wearables eller brugerdefinerede greb.
• PEEK (polyetherketon)Modstår aggressive kemikalier og steriliseringsprocedurer, hvilket gør det velegnet til fremstilling af medicinsk udstyr og videnskabelige værktøjer. Den ublu høje pris på PEEK-filament begrænser dog alvorligt anvendelsen uden for industrier.

3D-printning af metaller

Indtil for nylig var metaller udelukkende domænet for dyre SLS- eller DMLS-industrielle printere inden for luftfarts- og medicinalsektoren. Rustfrit stål, titanium, nikkel og aluminiumlegeringer anvendes almindeligvis. Mindre metal 3D-printere designet til værksteder, universiteter og designstudier udvider nu adgangen takket være lavere hardwareomkostninger. De fleste bruger bundet metalaflejring til at ekstrudere kompositfilamenter med op til 70% metalpulverindhold.

1. Rustfrit stål – Høj styrke og korrosionsbestandighed

Trykning af rustfrit stål giver enestående dimensionsstabilitet for dele, der udsættes for udendørs brug eller kemikalier. Lagvedhæftningen af bundet metalaflejring muliggør endda trykning af broer eller udhæng uden understøtninger.Dele kan bearbejdes, gevindskæres og poleres efter sintring for at opnå egenskaber, der minder om traditionelt fremstillet rustfrit stål.

2. Titanium – Ekstremt let og stærkt

Luftfartsindustrien arbejder ofte med titanlegeringer på grund af styrke-til-vægtforhold, der overgår aluminium. 3D-printning af komplekse titaniumdele i ét stykke undgå de svejsede samlinger, som svækker maskinbearbejdede titaniumstrukturer. De høje priser på titaniumpulver forbliver en barriere uden for industrier som motorsport, der søger letvægtsmetalkomponenter.

3. Aluminium – Et tilgængeligt alternativt metal

Aluminium er udbredt takket være sin lave vægt og korrosionsbestandighed. 3D-printning af metal gør det muligt at konsolidere brugerdefinerede aluminiumsdele, der tidligere blev bygget som samlinger. Værktøjsprototyper, robotkomponenter og designmodeller drager alle fordel af 3D-printet aluminiumEfterhånden som printerpriserne falder yderligere, kan små virksomheder udnytte hurtig aluminiumsværktøjsproduktion uden at være afhængige af eksterne leverandører.

3D-printning af keramik og eksotiske materialer

Teknisk keramik fremstillet af aluminiumoxid, zirkoniumoxid og siliciumcarbid kræver ekstremt høje temperaturer og præcisionsværktøj for at kunne bearbejdes effektivt. Dele som keramiske pumpehjul og missilstyringssystemer var tidligere umulige at producere uden for specialstøberier. 3D-printning eliminerer disse barrierer med pulverlejeteknologier, der sintrer komplekse keramiske komponenter.

Derudover udvides mulighederne ud over blot keramik. Efterhånden som mere forskning undersøger brugen af metal- og keramiske pulvere med bindemiddeljetting, kan selv sjældne og værdifulde materialer som sølv eller guld 3D-printes. Teknologien kan muliggøre skræddersyede medicinske implantater eller elektronik, der integrerer ledende spor, der er printet fra faktisk kobber- eller grafenpasta. Vi er kun lige begyndt at udforske den potentielle spændvidde. 3D-printet keramik, glas og eksotiske materialer.

Kompositmaterialer og 3D-printning

Mens plast, metaller og keramik fortsat er de konventionelle materialer, der anvendes i fremstillingen, giver kompositter, der kombinerer polymerer med andre forstærkninger, overlegne mekaniske egenskaber, der ikke kan opnås med konventionelle metoder.

1. 3D-printede kulfiberkompositter

FDM-udskrivning med kulfiberfilament fylder dele med en let og stiv polymer. De stive filamenter kræver hærdede ståldyser for at printe slidstærke komponenter, der er stærkere end nylon og næsten aluminium. Anvendelserne spænder fra specialfremstillede dronelejerrammer til højtydende bildele.

2. Metal- og træfyldte kompositter

Smeltet deponeringsmodellering kombinerer også nemt standard ABS- og PLA-plast med metalpulver eller træmasse for at ændre æstetiske, termiske og funktionelle egenskaber. Messing-, kobber- og bronzeinfunderede print ligner maskinbearbejdet metal visuelt, samtidig med at de bevarer plastikkens lettere vægt. Træfyldt lamel indfanger endda realistiske åremønstre til møbelprototyper.

Sådan vælger du dine ideelle 3D-printmaterialer

Med så mange maskiner og materialer tilgængelige til enhver anvendelse og ethvert budget kræver det research og overvejelse af disse nøglefaktorer at matche printteknologi med designmål og materialekrav:

• Delens funktionalitet - Vil den udsættes for belastninger eller barske miljøforhold?
• Nødvendig dimensionsnøjagtighed og trykpræcision
• Mekaniske egenskaber som stivhed, slidstyrke eller temperaturgrænser
• Materialeomkostninger - Eksotiske filamenter kan have en premiumpris
• Nem efterbehandling - Nogle materialers printstøtter er nemmere at fjerne
• Din 3D-printermodel og specifikationer - Materialernes egenskaber varierer.

En sammenligning af populære 3D-printmaterialer ved hjælp af nøgleegenskaber

Materiale	Ejendomme	Udskrivningsparametre	Koste
PLA	Medium styrke, lav fleksibilitet, moderat holdbarhed	180-230°C	Lav
ABS	Stærk, moderat fleksibel, meget holdbar	210-250°C	Medium
PETG	Stærk og fleksibel, høj holdbarhed	230-260°C	Medium
TPU	Medium styrke, meget høj fleksibilitet, moderat holdbarhed	220-250°C	Mellem-høj
Nylon	Høj styrke og fleksibilitet, fremragende holdbarhed	240-260°C	Høj
KIG	Ekstremt stærk, minimalt fleksibel, meget høj holdbarhed	360-400°C	Meget høj
Harpiks	Styrke og holdbarhed varierer efter type, ikke fleksibel, UV-hærdet	Ikke tilgængelig	Høj

Det er fortsat afgørende at få erfaring, før man forsøger sig med komplekse konstruktioner. Konstante materialeinnovationer giver også 3D-printere flere muligheder hvert år. Reference til kvantitative data som sikkerheds- eller tekniske datablade hjælper ingeniører og designere med at vælge og kvalificere det optimale materiale til hver applikation.

Efterbehandling af 3D-printede objekter

Et frisk print direkte fra byggepladen opfylder sjældent kravene fra starten. Forskellige efterbehandlingsprocesser forbedrer styrke, æstetik og funktionalitet:

• Fjernelse af støttestrukturer– Bræk underlag af eller opløs dem i kemiske bade.
• Slibning og filning– Udglatter overfladiske trin mellem lag, der er synlige i udskrifter.
• Grunding og maling– Især SLA-print skal udglattes, forsegles og males for at skjule printlagstrin, der afdækkes efter slibning.
• Samling af dele- Lim komponenter ved hjælp af opløsningsmidler, epoxy eller MABS-svejsninger, der samler samlinger.
• Metaltryk– Kræver afbindings- og sintringscyklusser for at afbrænde polymerer og smelte pulverne sammen til faste metaller.

Fremtiden for 3D-printmaterialer

3D-printning fortsætter med at ekspandere fra nicheprægede formål inden for hurtig prototyping til fremstilling af færdige dele på tværs af brancher. Med stordriftsfordele, lavere printeromkostninger og et bredere udvalg af materialer er en fremtid med fuldstændig distribueret og on-demand produktion plausibel. Men sand bæredygtighed afhænger af at omforme forsyningskæder for at spare ressourcer i takt med at teknologierne udvikler sig.

Gennembrud i vedvarende bioplast og grøn kemi kan minimere affald og energiforbrug under materialesyntese til 3D-printere. Genanvendelighed skal også tages i betragtning i forbindelse med formuleringen af nye kompositter eller tekniske polymerer. Med et samarbejde på tværs af virksomheder, forskere og regulatorer kan 3D-printning give klimavenlig og lige adgang til fremstillede varer globalt.

Takeaway

I takt med at printere og materialer udvikler sig og tilbyder større præcision, styrke og funktionalitet til lavere omkostninger, er mulighederne uendelige. Med kendskab til de grundlæggende metoder, materialer og efterbehandlingsteknikker, der er dækket her, kan ingeniører udnytte 3D-print til at forestille sig helt nye produktdesigns og virksomheder. Ved at opretholde ansvarlige og bæredygtige praksisser, efterhånden som 3D-print udbredes yderligere, vil teknologien bygge mod en retfærdig og velstående fremtid på verdensplan.

Læs mere

• Populær 3D-printningssoftware til skæring
• QIDI 3D-printere får fantastiske anmeldelser
• De bedste 3D-modelwebsteder i 2023 -- Skaber uendelige muligheder