Additiv Tillverkning 2018-05-16T11:46:36+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

Additiv tillverkning 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 för tillverkning bygger på “subtrahering”, där man utgår från ett block med material som sedan skalas av tills man får den önskade formen, eller en gjutprocess, som formsprutning. Inom AM adderas istället lager på lager för att uppnå den form som önskas.

Additiv tillverkning HP

Vad du bör tänka på innan du sätter igång

På grund av att tekniken skiljer sig markant från traditionella tillverkningsmetoder behöver man tänka igenom sitt arbetssätt från grunden. Ett vanligt missförstånd är att det enkelt går att byta från en teknik till en annan. Har du tidigare använt formsprutning för utskrift av din produkt kommer det inte bara gå att byta ut detta mot AM över en natt. Den allra viktigaste aspekten är design av produkten. Om den är anpassad för att tillverkas formsprutning sker detta ofta i flera steg, där produkten tillverkas i olika delar som i efterhand monteras ihop.

Med AM kan man i många fall skriva ut hela produkten på en gång. I de flesta fall räcker det alltså inte att införskaffa en ny 3d skrivare som använder sig av AM, utan du behöver även se över din design på produkten från grunden.

Processen för en formsprutad produkt ser ut på följande vis

  1. Kom fram till en design (anpassad för formsprutning)
  2. Design av verktyg som möjliggör skapandet av produkten
  3. Kontakta en verktygsmakare som tillverkar verktygen

När dessa steg är genomförda kan själva produktionen påbörjas. Processen är ofta tidskrävande och kan i många fall ta flera månader.

Med AM kan du, baserat på en färdig design, skriva ut en slutprodukt redan dagen efter. 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 sina produkter utskrivna av  professionella produktionsbyråer och beställa utskrifter via dem istället. Tack vare detta kan många nya affärsmodeller växa fram, där man som företagare kommer fram till en design som en byrå kan hjälpa till att ta fram till en betydligt lägre kostnad och risk.

Kombinera tekniker

Man behöver inte alltid välja en teknik och sedan stå fast vid den. I vissa fall behöver man kombinera de olika teknikerna som finns för att uppnå bästa resultat. I en maskin exempelvis, kanske 95 % av komponenterna bör tillverkas traditionellt genom fräsning eller bockade plåtdetaljer, medan 5 % är lämpligare att skrivas ut pga komplexitet, viktoptimering eller annat.

I framtiden kommer det inte handla om bara en teknik utan snarare en mix av “rätt” och bäst lämpade tekniker. AM ska ses som ett komplement till traditionella tillverkningsmetoder.

Material

– Beroende på vad för material som du arbetar med skiljer sig tillverkningen väsentligt.

Metall

Många har fått uppfattningen om att AM enbart är en teknik för utskrifter med metall, vilket är felaktigt. Att skriva ut i metall är dock självfallet spännande i och med att mycket som tidigare var omöjligt såsom kanaler osv är möjligt. Kunskapen att det överhuvudtaget går att skriva ut i metall inte är särskilt utbredd överlag men i dagsläget finns det ett flertal universitet och högskolor som satsar mycket resurser på 3d-utskrifter i metall och även många företag har fått upp ögonen för detta.

Processen för att få en metallbit utskriven på ett bra sätt är dock fortfarande relativt kostsam och komplex. Därför passar tekniken bara vissa nischade ändamål, oftast när det är ett högt värde på slutprodukten.

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 finns dock tre punkter man bör fundera över innan man går över till AM i plast:

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

Idag finns en uppsjö av olika polymerer och plastmaterial till 3D skrivare, om exakt det man letar efter inte skulle finnas tillgängligt för AM, är det då lägligt att undersöka vad för typ av material och egenskaper som du behöver till din produkt.

Exempel på material för 3D produktion

PA12 är den vanligaste typen av material. Ett starkt material av nylon, som både är åldersbeständigt samt kostnadseffektivt

Pa12GB, Som PA12 ovan men med inblandning av 40% glas vilket ger materialet betydligt styvare egenskaper.

PA11, Starkt, åldersbeständigt material med mer flexibla och “segare” egenskaper än PA12.

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 AM 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 AM 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 AM för plast 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?

AM lämpar sig inom många industrier

Sjukvården – Här finns det en enorm potential. Eftersom man inom sjukvården ofta behöver väldigt individanpassade hjälpmedel och medicintekniska applikationer är AM väl lämpat för denna industri. Ett exempel på detta är olika implantat som skrivs ut idag, tandregleringar, hörapparater, listan kan göras väldigt lång.

Inom 500 dagar gick majoriteten av hörapparats-industrin i USA över från traditionella tillverkningsmetoder till Additiv Tillverkning. Ingen av de företag som behöll de traditionella tillverkningsmetoderna överlevde. Läs mer här

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 som ett komplement i tillverkningen. Detta kan skapa bättre komponenter, minska lagerkostnader, minska produktionstiden väsentligt.

Idag är metal replacement enormt stort och när man börjar titta på olika detaljer som kan skrivas ut i plast istället för att bocka en plåt med fästelement osv, kan vinsten bli väldigt märkbar. Framförallt då man tittar på ny design eller uppgraderingar.

Design: Oavsett om det rör sig om form och design till maskinverktyg eller dammsugare finns det många fördelar med att använda additiv tillverkning inom produktdesign. 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 komplex 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 direktproducerar maskindelar, komponenter, prototyper och konsumentprodukter

HP

Ett exempel på en lyckad implementation av AM är 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, kan användas som hängare för smycken eller dekoration och ingår i serien ”OMEDELBAR” . Detta 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 ska agera smyckeshållare är gjord i svart nylon och distribueras i dagsläget 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

Metoden passar inte alla typer av produkter. Enklare produkter som redan har en etablerad process och färdiga verktyg för exempelvis formsprutning bör troligen inte heller förändras. Att byta teknik kräver i de flesta fall en ny produktdesign, vilket kommer att ta tid att utveckla. Finns det redan ett fungerande produktionssätt är det förmodligen ganska optimerat för produkten. Om det däremot finns större problem med den befintliga metoden och om den är i starkt 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 otroligt mycket och påverka hur tillverkningsindustrier fungerar. Även om branschen fortfarande är i sin linda är den i stark tillväxtfas. Större företag som Adidas och BMW har redan valt att tillverka produkter med 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 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 AM 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 också du veta mer om additiv tillverkning går det bra att kontakta oss, så hör vi av oss och diskuterar hur ni kan gå vidare.

TA KONTAKT >