Huvudtyperna av 3D -tryckteknik

3D-utskrift har påverkat många branscher och möjliggjort saker som att skapa prototyper, anpassade produkter och till och med komplexa medicinska implantat. Även om det finns flera 3D-utskriftsmetoder där ute, var och en med sina egna styrkor och ideala användningsområden, är det viktigt att förstå de viktigaste typerna. Den här artikeln kommer att utforska grunderna, tillämpningarna, för- och nackdelarna med de vanligaste 3D-utskriftsteknikerna. Dessa inkluderar Fused Deposition Modeling (FDM), stereolitografi (SLA), digital ljusbearbetning (DLP), selektiv lasersintring (SLS), materialjetting, drop-on-demand, sandbindemedelsjetting, metallbindemedelsjetting, direkt metalllasersintring (DMLS), selektiv lasersmältning (SLM) och elektronstrålesmältning (EBM). Genom att förstå dessa metoder kan du välja rätt 3D-utskriftsmetod för dina behov.

En kort jämförelsetabell:

Teknologi	Material som används	Applikationer	Fördelar	Nackdelar
FDM	Plast	Prototyper, modeller	Billigt, enkelt	Lägre kvalitet
SLA	Hartser	Smidiga prototyper	Fantastiska detaljer	Dyrare
SLS	Polymerpulver	Funktionella delar	Starka, hållbara delar	Dyr
Materialsprutning	Fotopolymerer	Delar i flera material/färger	Fantastiska detaljer, flera material	Begränsat material
Försvarsdepartementet	Fotopolymerer, vax	Modeller, prototyper	Multimaterialförmåga	Långsammare hastighet
Bindemedelssprutning (sand)	Sand, bindemedel	Metallgjutformar	Komplexa konstruktioner	Begränsade tillämpningar
Bindemedelssprutning (metall)	Metallpulver, bindemedel	Metalldelar	Designflexibilitet	Efterbehandling krävs
DMLS	Metallpulver	Funktionella metalldelar	Hög hållfasthet, komplexa geometrier	Dyra, begränsade material
EBM	Metallpulver	Högpresterande komponenter	Överlägsen styrka	Mycket dyrt
DLP	Hartser	Smidiga prototyper	Hög precision	Begränsat material, dyrt

Sammansmält depositionsmodellering (FDM)

Hur FDM 3D-utskrift fungerar

FDM är en av de mest populära och tillgängliga 3D-utskriftsteknikerna. Processen fungerar genom att mata ett fast plastfilament genom ett uppvärmt munstycke. Munstycket smälter plasten och avsätter den lager för lager på en byggplatta för att skapa 3D-objektet baserat på den digitala designen.

Vanliga tillämpningar

FDM/FFF används ofta för prototypframställning, produktutveckling, tillverkning av verktyg och fixturer, samt för att skapa konceptmodeller, konstprojekt och hobbyartiklar. Det kan använda en rad olika termoplastmaterial som PLA, ABS, PETG och specialfilament.

Fördelar

• Prisvärd entrékostnad för stationära 3D-skrivare
• Brett materialval för olika tillämpningar
• Relativt enkel och säker process

Nackdelar

• Lägre upplösning och ytkvalitet jämfört med vissa andra metoder
• Synliga lagerlinjer på utskrifter
• Potentiella problem som varvning och snörning

Sammantaget har FDM/FFF en bra balans mellan kosta, användarvänlighet och mångsidighet för många tillämpningar, vilket gör den till ett populärt val inom 3D-utskrift.

Stereolitografi (SLA)

SLA-utskriftsprocessen

SLA är en 3D-utskriftsteknik som använder en behållare med flytande fotopolymerharts och en ultraviolett (UV) laser för att bygga delar lager för lager. Laserstrålen följer varje lager över hartsets yta, vilket får det att selektivt stelna och forma 3D-objektet.

Viktiga tillämpningar

SLA används ofta för att producera mycket noggranna prototyper, mönster för investeringsgjutning och slutanvändningsdelar inom industrier som tandvård, smycken och produkttillverkning. Dess förmåga att skapa släta ytor och fånga invecklade detaljer gör det lämpligt för dessa tillämpningar.

Fördelar

• Hög noggrannhet och precision
• Utmärkt ytkvalitet
• Kan skriva ut komplexa geometrier och fina funktioner

Nackdelar

• Dyrare skrivare och material jämfört med FDM 3D-utskrift
• Begränsat utbud av material, mestadels fotopolymerhartser
• Efterbehandling som borttagning av stöd krävs ofta
• Potentiella hälso- och säkerhetsproblem vid hantering av flytande hartser

Även om SLA-tekniken är dyrare erbjuder den överlägsen utskriftskvalitet och detaljupplösning, vilket gör den värdefull för olika prototypframställnings- och lågvolymsproduktionsbehov inom flera sektorer.

Digital ljusbehandling (DLP)

Hur DLP-utskrift fungerar

DLP är en annan 3D-utskriftsteknik som använder fotopolymerer, men istället för en laser använder den en projektor för att visa en enda bild av varje lager över hela ytan av hartsbehållaren. Detta härdar snabbt ett helt lager av objektet på en gång.

Viktiga tillämpningar

DLP är väl lämpat för att producera mycket noggranna prototyper, mönster för gjutning, dentalmodeller och tillverkning av slutprodukter i små serier. Dess hastighet gör den användbar för applikationer som kräver snabbare leveranstider.

För- och nackdelar

Fördelar

• Snabbare utskriftshastigheter jämfört med SLA
• Hög precision och upplösningskapacitet
• Kan skriva ut komplexa geometrier

Nackdelar

• Dyrare än FDM-skrivare
• Begränsade materialalternativ baserade på fotopolymerer
• Kräver noggrann hantering av harts
• Kan behöva ytterligare efterbehandling/efterhärdning

DLP erbjuder extremt hög upplösning vid relativt höga hastigheter, men till en högre kostnad än FDM. Det är ett utmärkt val för invecklade prototyper, gjutgods och specialiserade produktionsapplikationer.

Selektiv lasersintring (SLS)

SLS-utskriftsprocessen

Selektiv lasersintring (SLS) är en 3D-utskriftsprocess som använder en högpresterande laser för att smälta samman små partiklar av polymerpulver till en fast struktur.En laser skannar och sintrar (smälter ihop) pulvret lager för lager baserat på 3D-modellen.

Tillverkningsapplikationer

SLS används ofta för funktionell prototypframställning och slutanvändningsproduktion av delar inom industrier som flyg-, fordons- och sjukvårdsindustrin. Dess förmåga att producera hållbara, värmebeständiga delar gör det lämpligt för tillverkningsapplikationer.

Fördelar

• Inga stödstrukturer krävs
• Tillverkar höghållfasta, funktionella delar
• Kan använda en mängd olika polymermaterial

Nackdelar

• Dyra skrivare av industrikvalitet
• Porös ytfinish kan kräva efterbehandling
• Stränga krav på driftsmiljö
• Materialavfall från osintrat pulver

Även om det har högre kostnader erbjuder SLS utmärkta mekaniska egenskaper som är idealiska för tillverkning av hållbara prototyper och slutanvändningsdelar där styrka och värmebeständighet är avgörande.

Materialsprutning (MJ)

MJ-tryckprocessen

MJ-tryckning, även känt som PolyJet eller MultiJet-utskrift, är en 3D-utskriftsteknik där flytande fotopolymermaterial selektivt sprutas ut och härdas lager för lager med hjälp av UV-ljus. Skrivhuvudena avsätter byggmaterial och stödmaterial samtidigt.

Typiska tillämpningar

MJ utmärker sig i att producera mycket detaljerade prototyper, konceptmodeller och slutanvändningsdelar inom branscher som produktdesign, tillverkning, tandvård, medicin och smycken. Dess förmåga att trycka flera material och färger i en enda byggprocess gör den mångsidig.

Fördelar

• Kan trycka flera material och färger
• Hög precision och fin detaljupplösning
• Slät ytfinish kräver ofta minimal efterbehandling

Nackdelar

• Dyrare skrivare och material
• Stödmaterial måste tas bort
• Begränsad materialkapacitet jämfört med vissa tekniker

Med sina utskriftsmöjligheter för flera material och höga noggrannhet tillgodoser Material Jetting en mängd olika prototyp- och produktionsbehov där invecklade detaljer, texturer och färger är viktiga krav.

Drop-on-Demand (DOD)

DOD:s utskriftsprocess

Drop-on-Demand (DOD) 3D-utskrift fungerar genom att selektivt deponera flytande material, som fotopolymerer eller vax, på en byggplattform i droppar. Dropparna sprutas ut genom små munstycken när skrivhuvudet rör sig över plattformen lager för lager för att skapa 3D-objektet.

Industriella och kommersiella användningsområden

DOD används ofta för visualiseringsmodeller, konceptprototyper, gjutmönster och små produktionsserier. Det hittar tillämpningar inom industrier som tillverkning, flyg- och rymdindustrin, fordonsindustrin, smyckestillverkning och produktdesign.

Fördelar

• Möjlighet att trycka flera material och färger
• Slät ytfinish med mindre behov av efterbehandling
• Kostnadseffektiv för lågvolymproduktion

Nackdelar

• Lågare hastigheter jämfört med vissa tekniker
• Begränsade materialmöjligheter
• Stödstrukturer krävs ofta

Tack vare sin kapacitet för utskrift av flera material och överkomliga kostnader för låga volymer, fungerar DOD som ett mångsidigt alternativ för att skapa detaljerade modeller, prototyper och småskaliga produkter inom olika sektorer.

Sandbindemedelssprutning

Hur sandbindemedelssprutning fungerar

Sand Bindemedelssprutning är en 3D-utskriftsprocess som använder två material – sand och ett flytande bindemedel. Sandlager deponeras och sammanfogas selektivt genom att applicera bindemedlet på önskade områden baserat på 3D-modelldata. Denna process skapar solida sandformar eller kärnor lager för lager.

Applikationer

Sandbindningsmedelssprutning används främst i gjuterier och metallgjutning för att snabbt 3D-printa sandformar och kärnor för metallgjutningsprocesser. Det möjliggör komplexa geometriska mönster och accelererar produktionen jämfört med traditionella gjutningstekniker.

Fördelar

• Kostnadseffektivt för att producera sandformar/kärnor
• Möjliggör utskrift av komplexa geometrier
• Miljövänlig eftersom den använder naturlig sand

Nackdelar

• Tryckta formar har begränsad styrka och kräver härdning
• Upplösningen kan vara lägre än vissa andra 3D-utskriftsprocesser
• Användningsområden begränsade huvudsakligen till tillverkning av sandformar/kärnor

Även om Sand Binder Jetting är begränsat till gjuteriapplikationer, erbjuder den en kostnadseffektiv additiv tillverkningslösning för att snabbt skapa mycket komplexa sandformar och kärnor för metallgjutningsprocesser.

Metallbindemedelssprutning

Hur metallbindemedelssprutning fungerar

Metallbindemedelssprutning bygger delar lager för lager med hjälp av ett tvåkomponents metallpulvermaterialsystem. Tunna lager av metallpulver deponeras, och ett flytande bindemedel sammanfogar dem selektivt baserat på 3D-modelldata, vilket bildar en "grön del". Denna gröna del genomgår ytterligare bearbetning som avbindning, sintring och infiltration för att erhålla den slutliga täta metallkomponenten.

Applikationer

Denna additiva teknik hittar tillämpningar inom industrier som flyg-, fordons- och medicinindustrin för att producera komplexa geometriska metalldelar och komponenter. Den möjliggör tillverkning av kundanpassade metalldelar, verktyg och funktionella prototyper på begäran.

Fördelar

• Tillverkar högdensitetsmetalldelar av hög kvalitet med goda materialegenskaper
• Erbjuder designfrihet och geometrisk komplexitet som är svår med traditionella metoder
• Ekonomisk jämfört med vissa andra 3D-utskriftsprocesser för metall

Nackdelar

• Har för närvarande ett begränsat utbud av kompatibla material
• Kräver ytterligare efterbehandlingssteg som avbindning och sintring
• Slutkvaliteten kan variera beroende på processparametrar

Genom att kombinera designflexibilitet, kostnadseffektivitet och förmågan att skapa metalldelar med full densitet framstår Metal Binder Jetting som ett alltmer tilltalande val för industriell produktion av metalldelar.

Direkt metalllasersintring (DMLS)/Selektiv lasersmältning (SLM)

DMLS/SLM-utskriftsprocessen

DMLS och SLM är liknande additiva tillverkningsprocesser som bygger metalldelar lager för lager med hjälp av en kraftfull laser. Tunna lager av fint metallpulver sprids jämnt, och lasern smälter eller sintrar selektivt pulverpartiklarna tillsammans baserat på 3D-modelldata, vilket sammansmälter metallen för att bilda delen.

Viktiga tillämpningar

DMLS/SLM-tekniker är allmänt anammat inom branscher som flyg- och rymdindustrin, fordonsindustrin, medicin och dental på grund av deras förmåga att producera mycket komplexa, robusta metallkomponenter med utmärkta mekaniska egenskaper och detaljupplösning. Inom flygindustrin används de för lätta konstruktionsdelar och motorkomponenter. Inom fordonssektorn möjliggör de funktionella prototyper och produktionsdelar. Medicinska tillämpningar inkluderar patientspecifika implantat och kirurgiska guider. Inom tandvården används DMLS/SLM för tillverkning av kronor, broar och avtagbara partiella protesramar.

Fördelar:

• Producerar starka metalldelar med hög densitet och goda materialegenskaper
• Möjliggör komplexa geometrier som är svåra med traditionell tillverkning
• Delar kräver liten eller ingen efterbehandling

Nackdelar:

• Dyr industriella skrivare och metallpulver
• Begränsade materialval jämfört med vissa tekniker
• Stödstrukturer som behövs och som måste tas bort
• Hög energiförbrukning

DMLS och SLM erbjuder exceptionell designfrihet i kombination med möjligheten att skapa robusta funktionella metalldelar och är mångsidiga lösningar för tillverkning av högpresterande komponenter inom olika sektorer.

Elektronstrålesmältning (EBM)

Hur EBM fungerar

EBM är en 3D-utskriftsprocess som använder en fokuserad elektronstråle i högvakuum för att selektivt smälta lager av metallpulver enligt den digitala 3D-modellen. Elektronstrålen värmer och smälter metallpulverpartiklarna, vilket får dem att smälta samman och stelna för att bilda den önskade delen lager för lager.

Högpresterande applikationer

EBM-tekniken är väl lämpad för att producera högkvalitativa, heltäta metalldelar med utmärkta mekaniska och termiska egenskaper. Den hittar tillämpningar inom industrier som kräver högpresterande komponenter, såsom flyg- och rymdindustrin för flygmotordelar och strukturella komponenter, fordonsindustrin för högbelastade komponenter som turbinblad, medicinteknik för kundanpassade ortopediska och tandimplantat, och energiindustrin för delar som används i gasturbiner och kraftgenereringsutrustning.

Fördelar

• Bygger spänningsavlastade delar med överlägsna mekaniska egenskaper
• Inget behov av stödstrukturer i de flesta fall
• Snabba bygghastigheter jämfört med vissa 3D-utskriftsprocesser för metall
• Kan använda en rad högpresterande metallmaterial

Nackdelar

• Extremt dyr industriell utrustning och driftskostnader
• Kräver högt specialiserade anläggningar och skickliga operatörer
• Begränsad materialkompatibilitet jämfört med vissa tekniker
• Begränsningar i delstorlek på grund av byggkammarens dimensioner

Trots de höga kostnaderna och de specialiserade driftskraven erbjuder EBM unika fördelar när det gäller att producera robusta metalldelar med hög integritet för krävande applikationer inom branscher som är beroende av högpresterande komponenter.

Ge dina designer liv med 3D-utskrift

Den här artikeln utforskade det breda utbudet av 3D-utskriftsprocesser – från stationär FDM och SLA för prisvärd prototypframställning till industriell SLS för hållbara tillverkningsdelar. Flermaterialtekniker möjliggör invecklade, flerfärgade objekt. Direkt lasersintring av metall och bindemedelssprutning producerar högpresterande metallkomponenter med designflexibilitet.Specialiserade processer som elektronstrålesmältning skapar extremt robusta delar för krävande industrier. I takt med att 3D-utskrift utvecklas med förbättrade material, snabbare hastigheter och högre precision, kommer användningen att öka inom konsument- och industrisektorer. Välj rätt 3D-utskriftsteknik för att förvandla dina idéer till verklighet.

Läs mer

• ABS vs PLA: Vilken är bäst för dina 3D-utskriftsbehov?
• Luktar 3D-utskrift? Saker du bör veta
• Guide till 3D-utskriftsmaterial: Innovera din tillverkning
• Tips och tricks för framgångsrik FDM 3D-utskrift