ADDITIV TILLVERKNING -OMVÄRLDSANALYS OCH TEKNIKINTRODUKTION

Transkript

1 ADDITIV TILLVERKNING -OMVÄRLDSANALYS OCH TEKNIKINTRODUKTION Dr. Lars-Erik Rännar Lektor i Maskinteknik, Avd. kvalitetsteknik, maskinteknik och matematik Mittuniversitetet, Campus Östersund lars-erik.rannar@miun.se

2 ADDITIV TILLVERKNING - OMVÄRLDSANALYS OCH TEKNIKINTRODUKTION Agenda Vem är jag? Historia Hype eller inte? Tekniken hur funkar det? Klassificering Goda exempel

3 ADDITIV TILLVERKNING - OMVÄRLDSANALYS OCH TEKNIKINTRODUKTION Agenda (forts) Verktyg och tjänster Print@Home Var är vi idag och vad händer framöver?

4 VEM ÄR JAG? Erfarenhet inom området sedan Forskning fokuserad inom Electron Beam Melting (Arcam AB, Mölndal), framförallt inom medicinska applikationer och process/materialutveckling. Involverad i flera nationella och internationella projekt inom AT/3D-print. Biträdande handledare för 2 doktorander. Mittuniversitetet är en av få grupper i Sverige som forskar inom området AT/3Dprint.

5 HISTORIA -FRÅN LERA TILL IMPLANTAT Historiskt är tekniken gammal, de gamla egyptierna använde sig av den till exempel redan idag finns 3D-printade delar i flygplan och tals patienter har implantat som är tillverkade med denna teknik. Den moderna additiva tillverkningen föddes i slutet av 80-talet då de första maskinerna fanns att tillgå kommersiellt.

6 HYPE ELLER INTE?

7 HYPE ELLER INTE? Gartner, augusti 2013

8 TEKNIKEN -HUR FUNKAR DET? Tillverkningen sker lager på lager och några fördelar med metoden är att materialspillet minimeras, ledtiden från design till tillverkning förkortas samt möjligheten att tillverka omöjliga geometrier.

9 TEKNIKEN -HUR FUNKAR DET? Det cirkulerar många namn på tekniken men inom ramen för standardisering så ska tekniken kallas för additiv tillverkning (AT) men ett vanligare begrepp är 3D-print. Äldre termer som fortfarande används är friformstillverkning, rapid prototyping, etc

10 TEKNIKEN -HUR FUNKAR DET? Det cirkulerar många namn på tekniken men inom ramen för standardisering Men, så ska 3DP/AT-användare tekniken kallas för additiv har tillverkning mer eller (AT) men ett vanligare mindre begrepp bestämt är 3D-print. att Äldre 3D-print termer som används fortfarande används är friformstillverkning, rapid prototyping, etc för enklare system medan Additiv tillverkning används för maskiner som är mer inriktade mot produktion

11 ALLA ÄR INTRESSERADE!

12 ALLA ÄR INTRESSERADE!

13 TEKNIKEN -HUR FUNKAR DET? Subtraktiva metoder: Material tas bort tills produkten är klar. (fräsning, borrning, etc) Formativa metoder: använder sig av mekanisk energi för att forma ett material till önskad form (gjutning, smide, etc) Additiva metoder: Material läggs på, lager på lager

14 Digitalisering TEKNIKEN -HUR FUNKAR DET? 3D-modellering Röntgentekniker Dela och ladda ner Digital 3D-modell Vi behöver en modell som underlag för tillverkningen. Den kan tas fram på flera olika sätt 1

15 TEKNIKEN -HUR FUNKAR DET? Beredning av 3Dmodellen Vi måste förbereda modellen för den specifika maskin vi använder för tillverkning (byggriktning, skikt-tjocklek, verktygsbanor etc). Detta kan göras mer eller mindre automatiskt men i många fall har det en mycket stor inverkan på resultatet! 2

16 TEKNIKEN -HUR FUNKAR DET? Tillverkning/printning För de flesta maskiner så är detta väldigt enkelt Fyll maskinen med byggmaterial. Tryck på Start och vänta tills bygget är klart. 3

17 TEKNIKEN -HUR FUNKAR DET Efterbearbetning I de allra flesta fall behövs en efterbearbetning. S.k. supportmaterial används för de flesta metoder och detta tas bort på olika sätt, t.ex. tvättning, blästring, verktyg. 4

18 TEKNIKEN -HUR FUNKAR DET? 5 Mer efterbearbetning Pga tillverkningssättet, lager läggs på lager, så kommer ytorna bli mer eller mindre ojämna. I många fall måste ytorna efterbearbetas för att få full funktionalitet.

19 KLASSIFICERING Gips, vax SLS etc. FDM Papper EBM SLA 3DP JP etc. etc. LOM Metall Plast

20 KLASSIFICERING Gips, vax Metall SLS JP etc. etc. FDM Massor med olika metoder som SLA LOM kan göra 3DP samma sak EBM FÖRVIRRANDE!!! etc. Plast Papper

21 KLASSIFICERING Enligt ASTM F42, så kan metoderna delas in enligt: Material extrusion material is dispensed through a nozzle Material jetting droplets of material is selectively deposited Binder jetting a liquid bonding agent is selectively deposited to join powder materials Sheet lamination sheets of material are bonded to form an object Vat photopolymerization liquid photopolymer in a vat is selectively cured by light-active polymerization Powder bed fusion thermal energy is used to fuse regions of the powder bed Directed energy depositions focused thermal energy is used to fuse materials by melting as the materials are beeing deposited

28 GODA EXEMPEL Lågvolymsproduktion till rimlig kostnad Geometrisk frihet Förbättrad funktionalitet Individanpassad produktion Hållbar tillverkning Agil och flexibel produktion

29 GODA EXEMPEL Lågvolymsproduktion till rimlig kostnad NorSap A/S

30 GODA EXEMPEL Geometrisk frihet ATKINS project Rapid manufacturing a low carbon footprint

31 GODA EXEMPEL Förbättrad funktionalitet Lima Corporate (IT), Adler Ortho(IT) and Exactech(US)

32 GODA EXEMPEL Individanpassad produktion printyourplace.com

33 GODA EXEMPEL Hållbar produktion 1kg viktbesparing sparar $3,000 i bränslekostnader över 1 år Det motsvarar $90,000 sett över planets livstid på 30 år 150kg vikt kan sparas om 1000 komponenter görs 0.15kg lättare Det motsvarar $13.5m i bränslekostnader sett över planets livstid på 30 år $351bn i bränslebesparingar för de 26,000 nya plan som beräknas tillverkas under de kommande 20 åren Andy Hawkins, Lead Engineer AM, EADS/Airbus

34 VERKTYG OCH TJÄNSTER Det finns flera programvaror för 3D-modellering, där vissa är gratis eller mycket billiga. Några exempel: 3Dtin TinkerCad 123D 3DVIA Shape Google SketchUp Sculptris Willit 3D Print

35 VERKTYG OCH TJÄNSTER Om man inte har kunskap eller förmåga att göra modelleringen själv så finns möjligheter att ladda ner eller köpa 3D-modeller och utskrifter: Shapeways Makielab imaterialise FigurePrints Sculpteo Thingiverse etc.

36 många fler. Snittpris på ca $1100 (2012) Olika material där ABS, PLA, PE, PP är de vanligaste Byggvolymen är vanligtvis kring 200x200x150mm

37 många fler. Snittpris på ca $1100 (2012) Olika material där ABS, PLA, PE, PP är de vanligaste Byggvolymen är vanligtvis kring 200x200x150mm

38 VAR ÄR VI IDAG OCH VAD HÄNDER FRAMÖVER? Det finns ca 50 tillverkare av maskiner inom premiumsegmentet, men jag saknar statistik på antalet inom 3Dprint -sektorn. Det fanns totalt ca ~45,000 maskiner i under 2012, såldes 45,000 maskiner 1 Marknadstillväxten är imponerande och för just enklare maskiner så är tillväxten exponentiell!

39 VAR ÄR VI IDAG OCH VAD HÄNDER FRAMÖVER? Det har utvecklats material för den här tekniken under 25 år men fortfarande hävdar många företag att materialegenskaper är det som begränsar dem mest och många tycker att materialkostnaderna är för höga. 2 Var medveten om begränsningarna som finns med dagens material men var förberedd på att de kommer att bli bättre och billigare för varje år!

40 VAR ÄR VI IDAG OCH VAD HÄNDER FRAMÖVER? Maskinkostnaderna är också ett problem. En FDMmaskin (spritsar ut ett uppvärmt plastfilament) kan kosta allt från någon tusenlapp till hundratusentals kronor. 3 Maskinkostnaderna kommer att sänkas eftersom patent kommer att löpa ut. Vissa tillverkare kommer att fokusera på annat än pris, tex att förbättra prestandan (processkontroll, ytjämnheter, produktivitet etc).

41 VAR ÄR VI IDAG OCH VAD HÄNDER FRAMÖVER? Kommer alla hushåll att ha en 3d-skrivare i framtiden? 4 Enligt min åsikt, NEJ! Entusiasterna kommer säkert att ha det men de flesta av oss kommer att nyttja servicebyråer, kanske tom lokala sådana.

42 VAR ÄR VI IDAG OCH VAD HÄNDER FRAMÖVER? Så, vad ska jag göra om jag är involverad i ett företag eller en bransch där tillverkning är viktigt? 5 Utbilda dig själv lär dig så mycket som möjligt kring tekniken! Det finns många hinder, men även många möjligheter! AT växer fort och även om det inte kommer att ersätta konventionell tillverkning så kommer den att påverka större delen av vårt samhälle.

43 ADDITIV TILLVERKNING -OMVÄRLDSANALYS OCH TEKNIKINTRODUKTION Dr. Lars-Erik Rännar Lektor i Maskinteknik, Avd. kvalitetsteknik, maskinteknik och matematik Mittuniversitetet, Campus Östersund lars-erik.rannar@miun.se

44 NÅGRA LÄNKAR Free (or cheap) software s for 3D-modeling Blogs/newsletters/other in the area (swedish and international) Free 3D models Med reservation för felaktigheter, stängda länkar, etc

45 SOME LINKS International service providers for printing Links to (some) technology providers Reverse engineering software s and hardware Med reservation för felaktigheter, stängda länkar, etc