Additiv Tillverkning 2018-06-18T17:32:47+00:00

Project Description

ADDITIV TILLVERKNING

en revolutionerande teknik på stark frammarsch

Vad är additiv tillverkning?

Tekniken bakom additiv tillverkning, eller AM, har funnits på marknaden sedan 35 år tillbaka. Det är alltså egentligen inte någon ny teknik, men det är först på senare år som intresset fullkomligt exploderat och det är just nu i snabb tillväxt inom många branscher. Tekniken har smugit sig in i många företags tillverkningsprocesser, och det är många som pratar om detta nu som en naturlig del i tillverkningsprocessen. Många företag har potential att effektivisera tillverkning och produktion mångfalt men det är långt ifrån alla produkter som är lämpliga att produceras med AM. På 3D Center vill vi påvisa nyttan med AM för de produkter och komponenter som har mest att vinna på AM.

Ett samlingsnamn

AM – Additive Manufacturing eller Additiv tillverkning som det heter på svenska är ett samlingsnamn för ett flertal olika 3D-tekniker. Grundtekniken baseras på att skriva ut i ett stycke via lager på lager utifrån en digital 3D modell. De mer traditionella teknikerna så som tex CNC svarvning bygger på att “subtrahera”, där man utgår från ett block med material som sedan skalas av tills man får önskad form, eller en gjutprocess, som formsprutning. Inom additiv tillverkning adderas istället lager på lager för att uppnå den fria form som önskas. Tekniken bakom additiv tillverkning,har funnits på marknaden sedan 35 år tillbaka. Det är alltså egentligen inte någon ny teknik, men det är först på senare år som intresset fullkomligte exploderat och är nu på snabb tillväxt inom många branscher. Tekniken finns numera hos flera olika företag och det är många som nu ser AM som en naturlig del i tillverkningsprocessen. Många företag har potential att effektivisera sin tillverkning och produktion mångfalt men det är långt ifrån alla produkter som är lämpliga att produceras med AM. På 3D Center vill vi påvisa nyttan med AM för de produkter och komponenter som har mest att vinna på tekniken.

Additiv tillverkning HP

Vad du bör tänka på innan du sätter igång

Ett vanligt missförstånd är att det går att byta från en tillverkningsteknik till en annan i ett steg. Om produkten är designad för att tillverkas genom formsprutning sker detta ofta i flera steg, där produkten tillverkas i olika delar som i efterhand monteras ihop. Men additiv tillverkning skiljer sig markant från tidigare tillverkningsmetoder och man kan i många fall skriva ut hela produkten på en gång vilket gör att den klarar oerhört komplexa designformer. Därför bör ofta produktdesignen ses över innan bytet genomförs. Processen för en formsprutad produkt är ofta tidskrävande och kan i många fall ta väldigt lång tid.

Processen för en formsprutad produkt ser ut på följande vis

  1. Skapa unik design specifikt anpassad för formsprutning.
  2. Ytterligare design för framtagning av verktyg som möjliggör skapandet av produkten.
  3. Invänta leverans av verktyg.

När dessa steg är genomförda kan själva produktionen påbörjas. Den stora fördelen med additiv tillverkning är att du istället kan skriva ut din produkt redan samma dag som du designat den. Många mellansteg kan alltså strykas, vilket gör processen betydligt effektivare.

“Moderna skrivare som använder sig av additiv tillverkning, exempelvis HP’s Multi Jet Fusion 4200 klarar att skriva ut ca 8-10 kg per dygn. För mindre produkter som exempelvis kugghjul eller liknande, innebär detta stora tillverkningsvolymer på kanske 3-4000 enheter per dygn”.
– Casper Rosén 3D Center.

Investeringskostnaden för maskiner som stödjer denna teknik är hög. Men det finns alla möjligheter att få mindre upplagor av produkter eller sällan-utskrifter utskrivna av en professionell produktionsbyrå istället. Tack vare detta kan många nya affärsmodeller växa fram, där man som företagare vill testa en ny design och en produktionsbyrå kan då hjälpa till att ta fram en produkt i mindre upplaga till en betydligt lägre kostnad och risk.

Kombinera tekniker

I framtiden kommer vi troligtvis inte använda oss utav bara en teknik utan snarare en mix av flera “rätt” och bäst lämpade tekniker. Många gånger kan man dra nytta av flera olika tekniker för att uppnå bästa resultat. I en tillverkningsprocess kan 95 % av komponenterna tillverkas traditionellt genom fräsning eller bockade plåtdetaljer, medan 5 % är lämpligare att skrivas ut pga. komplexitet, viktoptimering eller annat. Additiv tillverkning bör därför ses som ett komplement till de traditionella tillverkningsmetoderna som redan finns på marknaden.

Material

– Beroende på vilket material slutprodukten ska ha så skiljer sig tillverkningen åt.

Metall

Att skriva ut i metall är spännande i och med att mycket som tidigare var omöjligt nu är möjligt och många företag har nu fått upp ögonen för detta tillverkningssätt. Kunskapen att det överhuvudtaget går är inte särskilt utbredd överlag men i dagsläget finns det ett flertal universitet och högskolor som satsar mycket resurser på 3d-utskrifter i metall och även flera företag har nu börjat satsa på tekniken.

Tyvärr är processen för att skriva ut i metall är dock fortfarande relativt kostsam och komplex. Därför passar tekniken bäst till nischade ändamål, oftast när det är ett högt värde på slutprodukten eller när invändiga kylkanaler önskas i produkten.

Plast

Det material som gynnas desto mer av additiv tillverkning är plast. Oavsett om det gäller produkter för storskalig industri eller mindre startup-företag är tillverkningsmetoden för plast väl lämpad, speciellt för maskinkomponenter av olika slag.

HP Jet Fusion printed part

Det är dock tre punkter man bör fundera över innan man går över till additiv tillverkning:

1. Kan min produkt produceras med det material som finns tillgängliga?

Idag finns en uppsjö av olika material tillgängligt för additiv tillverkning och de flesta materialen finns representerade.

2. Hur stora volymer ska skrivas ut?

Antalet enheter som önskas skrivas ut är också en avgörande variabel. Vissa volymer är mer optimalt än andra och givetvis spelar detaljens storlek roll.
Vid serier på 1 – 5000 enheter kan additiv tillverkning vara ett mycket bra val, med tanke på minskade verktygskostnader, ställtider osv. Vid serier på 5000 – 50 000 enheter krävs att man utnyttjar geometrifriheten, dvs designar mer komplexa delar. En av fördelarna med additiv tillverkning är att kunna skriva ut komplexa delar i stora volymer, men är den önskade produkten av enkel geometri designmässigt så finns det i de flesta fall lämpligare alternativ för produktion. Vid 50 – 120 000 enheter är det mest effektivt om man skriver ut mindre produkter storleksmässigt som inte är skrymmande. Ju högre komplexitet desto bättre.

3. Kan min produkt optimeras? 

Ett av syftena med att använda additiv tillverkning är att kunna uppnå lättare, starkare och mer komplexa detaljer till lägre kostnad och kortare tid. Kan man även uppnå målet med färre detaljer ger även det en värdeökning, på flera olika sätt, med lagerkostnader, montage mm.

För vilka Industrier lämpar sig AM?

Sjukvården – Här finns det stor potential då det ofta behövs individanpassade hjälpmedel och medicintekniska applikationer. Exempel på detta är olika implantat som redan skrivs ut idag, tandregleringar, hörapparater, höftkulor ja listan kan göras lång.

Maskinbyggare av olika slag: Många maskiner tillverkas i mindre serier, från några exemplar och upp till hundratal eller något tusental per år. Med dessa mindre serier finns enorm potential att titta på additiv tillverkning som ett komplement.

Idag är metal replacement ett enormt stort område och när man börjar titta på vilka olika detaljer som kan skrivas ut i plast istället för metall så kan vinsten bli märkbar. Framförallt inom ny design eller uppgraderingar.

Design: Oavsett om det rör sig om form eller design till maskinverktyg eller bara för dekoration finns det många fördelar med att använda additiv tillverkning. I de allra flesta fall passar dock detta användningsområde främst för produkter som befinner sig i prototypstadiet men produktion pågår redan i många fall och framförallt om man har en väldigt komplicerad design.

Privatpersoner: Ett område som ännu är relativt marginell är användning av tekniken för privatpersoner. Genom forum som exempelvis Grabcad och Thingiverse kan privatpersoner ladda upp designfiler samt även sälja produkter, utskrivna och och hemskickade till din adress. I och med att de maskiner som stödjer tekniken på marknaden ännu har en hög inköpskostnad är området dock inte så utbrett för privatpersoner ännu.

3d-print guitar

Exempel på lyckade implementationer

Det finns en mängd goda exempel på hur man idag direkt producerar maskindelar, komponenter, prototyper och konsumentprodukter.

HP

Ett exempel på en lyckad implementation av AM är maskindelar till en HP laserskrivare. På maskinen sitter en metalldel med en sensor som är en del av dess produktionsmekanik. Tidigare tillverkades denna del genom fräsning i aluminium, men HP såg en möjlighet att optimera processen och bytte ut tillverkningstekniken till AM. Resultatet av detta är att komponenten har blivit lättare, vilket är betydligt skonsammare för de motorer och axlar som ska driva den.

Skrivaren kan utföra utskrifter effektivare och framförallt är tillverkningsprocessen billigare. En annan positiv effekt av implementeringen är att lagerkostnaden minskat, i och med att det inte längre behövs reservdelar som tar utrymme.

IKEA

I Mars 2018 lanserade IKEA en inredningsprodukt som direktproducerats med HP Jet Fusion. Produkten, som är en topologioptimerad hand, fungerar som hängare och ingår i den begränsade serien ”OMEDELBAR” Denna lansering var en milstolpe för AM och ett tydligt tecken på att det nu är ett vedertaget produktionsalternativ. Produkten har en mesh-inspirerad design som inte hade varit kostnadseffektiv att producera på något annat sätt än med hjälp av additiv tillverkning och 3D-printing. Handen som agerar smyckeshållare är gjord i svart nylon och distribuerades till en mängd olika länder.

IKEA_today_3D_PRINTING_Finland_prototypes_hack

Utmaningar med AM

Som nämnts tidigare kan man stöta på begränsningar i exempelvis materialegenskaper med AM eller att krav på noggrannhet eller ytor inte kan lösas

Som nämnts tidigare så finns det begränsningar inom additiv tillverkning. Därför passar inte metoden alla typer av produkter. Enklare produkter som redan har en etablerad process med färdiga verktyg för exempelvis formsprutning vinner troligtvis inte så mycket på att övergå till additiv tillverkning. Att byta teknik kräver i de flesta fall en ny produktdesign, vilket ofta tar tid att utveckla.

Om det däremot finns problematik med den befintliga metoden och om den är i behov av effektivisering kan steget till AM vara värt att ta. Tekniken lämpar sig främst när det kommer till utveckling av nya produkter, i och med att ingenting då behöver omarbetas samt att det inte finns någon etablerad process att ersätta.

Framtiden är ljus

Additiv tillverkning kommer troligtvis förändra och påverka hur tillverkningsindustrier fungerar. Även om branschen fortfarande är i sin linda är den i stark tillväxtfas. Större företag som Adidas, IKEA och BMW har redan valt att tillämpa tekniken och fler kommer följa deras exempel. Traditionellt sett är det de stora företagen och industrierna som mestadels har gynnats av tekniken, men detta kommer troligen förändras. Stora företag med etablerade tillverkningsprocesser kan ha en svårare väg till omställning.

De som utvecklar nya produkter är de som kommer att gynnas snabbt, då de inte behöver anpassa en befintlig produkt eller process utan kan designa dem för de just här teknikerna. Mindre företag är generellt mer flexibla och kan mer effektivt lägga om sin produktion. Idag satsas det mycket på volymprodukter som på sikt ska generera intäkter. Men med additiv tillverkning är det variation och komplex individanpassning som är målet snarare än höga volymer. Snickaren får sitt eget anpassade handtag till hammaren och urtavlan på klockan får unika ingraveringar. Det handlar om komplexitet i geometrin som exempelvis General Electrics insprutnings-nozzle till leap-motorerna. De har utnyttjat geometrin för att skapa jämnare flöden, där de tidigare var tvungna att skarva ihop delar för att skapa slutprodukten.

Många företag är redan igång med produktion medan andra börjat analysera sin egen tillverkning och hur man kan applicera tekniken just för dem. Vill du veta mer om additiv tillverkning går det bra att kontakta oss, så diskuterar vi hur ni kan gå vidare.

TA KONTAKT >